Een van de frustrerendste open vragen in de moderne kosmologie is misschien wat dichter bij een antwoord gekomen. Al jarenlang zijn de verschillende methodes waarmee we de uitdijingssnelheid van het heelal berekenen niet met elkaar in overeenstemming. Een nieuwe methode lijkt ons nu richting een oplossing te brengen.
Het universum dijt voortdurend uit. De snelheid van die uitdijing wordt beschreven door een getal dat de hubbleconstante wordt genoemd.
Er zijn in essentie twee manieren waarop we de grootte van dit getal bepalen. Ten eerste door de kosmische achtergrondstraling (CMB) te onderzoeken, een overblijfsel van het eerste licht dat door het heelal scheen. Ten tweede observeren we relatief nabije objecten om te zien hoe snel ze bij ons vandaan bewegen. De resultaten van deze twee methodes staan al jaren op gespannen voet met elkaar.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Nu heeft astronoom Wendy Freedman van de Universiteit van Chicago een nieuwe manier onderzocht om nabijgelegen objecten te meten. Dit zou de ‘hubblecontroverse’ kunnen beëindigen.
Puntje van de rodereuzentak
Om de hubbleconstante in het nabije heelal te meten, gebruiken we objecten waarvan de intrinsieke helderheid bekend is. We bepalen dan hun afstand via de ‘kosmische afstandsladder’.
Over het algemeen worden eerst bepaalde variabele sterren – zogeheten Cepheïden – gebruikt om de afstand te meten tot sterrenstelsels waarbinnen een supernova-explosie te zien is. Via deze supernova’s wordt de uitdijingssnelheid dan verder uitgeplozen.
Freedman heeft echter met haar collega’s de Cepheïden vervangen door een ander type ster. Dat type heet de tip of the red-giant branch (TRGB), oftewel het ‘puntje van de rodereuzentak’, vanwege zijn plek op grafieken die de evolutie van verschillende sterren laten zien. In tegenstelling tot de Cepheïdemetingen komen de resultaten van deze methode wel overeen met de CMB-metingen.
Mêlee van sterren
‘We gebruiken Cepheïden al veel langer dan de TRGB’, zegt kosmoloog Simon Birrer van de Stanford-universiteit in Californië. ‘Maar de TRGB heeft voordelen, met name op plekken waar Cepheïdemetingen al decennia bekritiseerd worden, zoals stofrijke gebieden.’
De meeste Cepheïden ontstaan namelijk in stoffige stellaire kraamkamers, wat metingen kan verstoren. TRGB-sterren vind je daarentegen in dezelfde relatief stofvrije gebieden als de supernova’s die de volgende trede van de kosmische afstandsladder vormen.
Freedman ontdekte dat naarmate de waargenomen objecten verder van ons af staan, de Cepheïde- en TRGB-metingen steeds meer uit elkaar drijven. Op grote afstanden gaan Cepheïden gehuld in stof en bevinden ze zich in een mêlee van andere sterren. Dat maakt het lastig om te bepalen hoe hun chemische samenstelling, oftewel metalliciteit, de waarnemingen beïnvloedt.
‘Niet alleen de effecten van stof zijn erger, ook de effecten van sterophopingen en metalliciteit; en al die effecten hangen met elkaar samen. Als je één verkeerde correctie doet, heb je ze dus allemaal verkeerd’, zegt Freedman. ‘Met TRGB-sterren is het simpel: er is geen stof; niets dat je moet ontrafelen.’ Deze sterren zijn bovendien in tegenstelling tot de Cepheïden niet variabel, zodat ze een stuk eenvoudiger te begrijpen zijn.
Kosmologisch onbegrip
Wanneer je de Cepheïden op de kosmische afstandsladder vervangt door TRGB-sterren, verdwijnt dus de discrepantie tussen CMB-metingen en plaatselijke waarnemingen. Dat kan erop wijzen dat die discrepantie simpelweg voortkomt uit fouten in ons begrip van Cepheïden. Als de verschillen tussen de metingen in stand waren gebleven, was dat een teken geweest van een grotere vorm van kosmologisch onbegrip over de fysica van het vroege heelal dat de CMB produceerde.
‘Dit biedt de mogelijkheid dat er helemaal geen controverse is; dat het slechts een kwestie van imperfecte metingen is’, zegt natuurkundige Dan Scolnic van de Duke-universiteit in de Amerikaanse staat North Carolina. ‘Je kunt zeggen dat incorrecte metingen de minst spannende uitkomst vormen van de hubblecontroverse, maar aan de andere kant zou het wel aantonen dat ons kosmologisch model de volledige uitdijingsgeschiedenis van het heelal kan verklaren.’
Meer waarnemingen zijn nodig om met zekerheid te stellen dat de hubblecontroverse uit de weg is geruimd. Volgens Freedman bieden deze resultaten wel een sprankje hoop dat de kwestie in elk geval oplosbaar is. ‘Voordat we boude beweringen gaan doen over nieuwe natuurkunde in het vroege heelal, kunnen we maar beter eerst het plaatselijke heelal goed uitpluizen’, zegt ze. ‘Er is hier namelijk iets aan de gang dat we nog niet volledig begrijpen.’
