Bron: Science Daily | Methode: Herschreven
Origineel: “New cosmic lens measurements deepen the Hubble tension mystery”
Scientists are testing a novel way to measure cosmic expansion using time delays in gravitationally lensed quasars. Their results match “local” measurements but clash with early-universe estimates, strengthening the mysterious Hubble tension. This mismatch could point to new physics rather…
Kosmologen staan voor een van de grootste raadsels van de moderne sterrenkunde: ze zijn het niet eens over de snelheid waarmee ons heelal uitdijt. Dit fundamentele meningsverschil, bekend als de ‘Hubble-spanning’, zou kunnen wijzen op compleet nieuwe natuurkundige principes.
Onderzoekers van de Universiteit van Tokio hebben nu een baanbrekende nieuwe methode gebruikt om deze kosmische uitdijing te meten. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy, versterken het mysterie en brengen ons mogelijk dichter bij de ontdekking van nieuwe natuurkunde.
**Een revolutionaire meetmethode**
Het internationale onderzoeksteam, onder leiding van project-assistent professor Kenneth Wong en postdoctoraal onderzoeker Eric Paic, ontwikkelde een techniek genaamd ‘time-delay cosmografie’. Deze methode maakt gebruik van gravitatielenzen – een fenomeen waarbij massieve sterrenstelsels het licht van verder gelegen objecten buigen.
“Om de Hubble-constante te meten met time-delay cosmografie, heb je een echt massief sterrenstelsel nodig dat als lens kan fungeren,” legt Wong uit. “De zwaartekracht van deze ‘lens’ buigt het licht van objecten die erachter verborgen zijn, waardoor we een vervormde versie van hen zien.”
Wanneer de omstandigheden juist zijn, ontstaan er meerdere vervormde beelden van hetzelfde object. Elk beeld heeft een iets andere route afgelegd om ons te bereiken, wat verschillende reistijden oplevert. Door identieke veranderingen in deze beelden te vergelijken die net niet synchroon lopen, kunnen astronomen de tijdsverschillen meten.
**Het Hubble-dilemma**
Het heelal dijt uit met ongeveer 73 kilometer per seconde voor elke 3,3 miljoen lichtjaar (één megaparsec) afstand vanaf de Aarde. Deze waarde staat bekend als de Hubble-constante en is cruciaal voor ons begrip van de geschiedenis en evolutie van het heelal.
Het probleem ontstaat wanneer verschillende meetmethoden verschillende resultaten opleveren. Metingen van relatief nabije objecten, gebaseerd op supernovae en speciale sterren zoals Cefeïde variabele sterren, geven een waarde van 73 km/s/Mpc. Deze methoden gebruiken zogenoemde ‘afstandsladders’ – objecten waarvan astronomen denken dat ze goed begrepen worden.
Echter, wanneer wetenschappers de kosmische achtergrondstraling analyseren – de overblijfsels van de oerknal – krijgen ze een lagere waarde van 67 km/s/Mpc. Dit verschil tussen 73 en 67 km/s/Mpc is de beruchte Hubble-spanning.
**Onafhankelijke bevestiging**
De nieuwe studie analyseerde acht time-delay lenssystemen, elk bestaande uit een voorgrond-sterrenstelsel dat fungeert als lens en ons directe zicht op een verre quasar blokkeert. Quasars zijn supermassieve zwarte gaten die gas en stof aantrekken, waardoor ze helder oplichten.
Het team gebruikte geavanceerde waarnemingen van ruimte- en grondtelescopen, waaronder de James Webb-ruimtetelescoop. Hun resultaten stemmen overeen met de ‘lokale’ metingen van 73 km/s/Mpc, maar botsen met de vroege-heelal schattingen.
“Onze meting van de Hubble-constante is meer consistent met andere hedendaagse waarnemingen en minder consistent met vroege-heelal metingen,” aldus Wong. “Dit is bewijs dat de Hubble-spanning inderdaad kan voortkomen uit echte natuurkunde en niet alleen uit een onbekende foutenbron.”
**Uitdagingen en onzekerheden**
Een van de grootste bronnen van onzekerheid is dat onderzoekers niet precies weten hoe de massa in de lens-sterrenstelsels verdeeld is. “Gewoonlijk wordt aangenomen dat de massa een simpel profiel volgt dat consistent is met waarnemingen, maar het is moeilijk om zeker te zijn, en deze onzekerheid kan de waarden die we berekenen direct beïnvloeden,” erkent Wong.
Momenteel heeft de methode een nauwkeurigheid van ongeveer 4,5{8f6ef3fefdd3949173f51d7e15f2cf03cb58c7ea335d12bfe2cd63ab2ecce744}. Om definitief uitsluitsel te geven over de Hubble-spanning, moet het team deze verbeteren tot 1-2{8f6ef3fefdd3949173f51d7e15f2cf03cb58c7ea335d12bfe2cd63ab2ecce744}.
**Internationale samenwerking**
Het onderzoek werd gefinancierd door NASA, de Max Planck Society, de Duitse onderzoeksorganisatie DFG, de Amerikaanse National Science Foundation, de Moore Foundation, en de Japanse JSPS KAKENHI. “Ons project is het resultaat van een decennialange samenwerking tussen meerdere onafhankelijke observatoria en onderzoekers, wat het belang van internationale samenwerking in de wetenschap benadrukt,” benadrukt Wong.
**Vooruitblik**
Het team plant om het aantal lenssystemen uit te breiden, hun metingen te verfijnen, en eventuele resterende systematische foutenbronnen zorgvuldig te identificeren of elimineren. “De hoofdfocus van dit werk was om onze methodologie te verbeteren, en nu moeten we de steekproefgrootte vergroten om de precisie te verbeteren en de Hubble-spanning definitief op te lossen,” zegt Paic.
De Hubble-spanning blijft een van de meest intrigerende mysteries in de moderne kosmologie. Als deze nieuwe metingen kloppen, staan we mogelijk aan de vooravond van een nieuwe era waarin ons begrip van het heelal fundamenteel zal veranderen.