veroudering van rode reuzensterren is de focus van een nieuwe methode die de huidige uitdijingssnelheid van het heelal meet.Credit: NASA/ESA / SPL
gedurende een groot deel van dit decennium zijn de twee meest nauwkeurige meters van de expansiesnelheid van het heelal in flagrante onenigheid. Nu, een langverwachte onafhankelijke techniek die kosmologen hoopten het raadsel op te lossen is in plaats daarvan toe te voegen aan de verwarring.,
in de resultaten die op 16 juli werden onthuld en die zouden verschijnen in de Astrophysical Journal, presenteert een team onder leiding van astronoom Wendy Freedman aan de Universiteit van Chicago in Illinois een techniek die de expansie meet met behulp van rode reuzensterren. Het had beloofd een methode te vervangen die astronomen al meer dan een eeuw gebruiken — maar voor nu is de snelheidsmeting er niet in geslaagd om het geschil op te lossen, omdat het halverwege tussen de twee omstreden waarden valt.
” The Universe is just sounding with us at this point, right?”twitterde een astrofysicus over de krant.,
” Op dit moment proberen we te begrijpen hoe het allemaal in elkaar past,” vertelde Freedman aan de natuur. Als het verschil in kosmische snelheid niet wordt opgelost, kunnen sommige basistheorieën die kosmologen gebruiken om hun gegevens te interpreteren-zoals veronderstellingen over de aard van donkere materie — fout zijn. “Fundamentele fysica hangt in de weegschaal”, zegt Freedman.,de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble en anderen ontdekten in de jaren 1920 dat het heelal uitdijt door aan te tonen dat de meeste sterrenstelsels zich terugtrekken uit de Melkweg — en hoe verder ze weg zijn, hoe sneller ze zich terugtrekken. De ruwweg constante verhouding tussen snelheid en afstand werd bekend als de Hubble-constante. Voor elke extra megaparsec (ongeveer 3,26 miljoen lichtjaar) afstand, vond Hubble dat sterrenstelsels zich 500 kilometer per seconde sneller terugtrokken-dus de hubbleconstante was 500 in eenheden van kilometer per seconde per megaparsec.,in de loop van de decennia hebben astronomen de schatting aanzienlijk herzien naarmate de meettechnieken verbeterden. Freedman was een pionier in het gebruik van de Hubble-Ruimtetelescoop in de jaren 1990 om (passend) de Hubble-constante te meten, en berekende een waarde van ongeveer 72 met een foutmarge van ongeveer 10%. Een team onder leiding van Nobelprijswinnaar Adam Riess aan de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, heeft de meest nauwkeurige metingen tot nu toe gedaan, en de laatste waarde is 74, met een foutmarge van slechts 1,91% 2.
maar een afzonderlijke inspanning in de afgelopen tien jaar heeft een moer in de werkzaamheden gegooid., Wetenschappers met de Planck-missie van de Europese Ruimtevaartorganisatie brachten de relikwie-straling van de oerknal in kaart, de kosmische microgolfachtergrond genaamd, en gebruikten deze om de basiseigenschappen van het heelal te berekenen. Met behulp van standaard theoretische aannames over de kosmos, berekenden ze de Hubble-constante op 67,8.
het verschil tussen 67,8 en 74 lijkt misschien klein, maar is statistisch significant geworden omdat beide technieken zijn verbeterd., Dus, theoretici zijn begonnen zich af te vragen of de reden voor de discrepantie ligt in de standaard theorie van de kosmologie, genaamd ΛCDM, die de aanwezigheid van onzichtbare deeltjes van donkere materie aanneemt evenals een mysterieuze afstotende kracht genaamd donkere energie. Maar ze hebben moeite met het vinden van een aanpassing aan de theorie die het probleem zou kunnen oplossen en nog steeds consistent zijn met alles wat bekend is over het universum. “Het is moeilijk om te kijken naar ΛCDM en te zien waar de losse draden zitten, dat als je ze trekt, ze het zullen ontrafelen,” zegt Rocky Kolb, een kosmoloog aan de Universiteit van Chicago.,
Freedman ‘ s techniek werkt een belangrijk element van de gevestigde Hubble meetmethode bij – en produceert een waarde van 69,8.
het harde deel van het meten van de hubbleconstante is het betrouwbaar meten van de afstanden van sterrenstelsels. Hubble ‘ s eerste schatting hing af van het meten van de afstanden van nabije sterrenstelsels door het observeren van individuele, heldere sterren genaamd Cepheïden. Astronoom Henrietta Swan Leavitt had in het begin van de twintigste eeuw ontdekt dat de helderheid van deze sterren voorspelbaar was., Dus, door te meten hoe helder ze op fotografische platen verschenen, kon ze berekenen hoe ver weg de sterren waren. Astronomen noemen zulke wegwijzers standaardkaarsen.maar onderzoekers hebben sindsdien geprobeerd betere standaardkaarsen te vinden dan Cepheïden, die meestal voorkomen in overvolle, met stof gevulde gebieden die de schattingen van hun helderheid kunnen verstoren., “De enige manier waarop we dit tot op de bodem moeten uitzoeken is om onafhankelijke methoden te hebben, en tot nu toe hebben we geen controle gehad op de Cepheïden”, zegt Freedman, die een groot deel van haar carrière heeft besteed aan het verbeteren van de precisie en nauwkeurigheid van Cepheïdenmetingen. “Ze weet waar alle lichamen begraven liggen”, zegt Kolb.Freedman en haar collega ‘ s omzeilden Cepheïden en gebruikten rode reuzen als standaardkaarsen — oude sterren die zijn opgeblazen — samen met supernovae-explosies, die dienen als wegwijzers voor verder verwijderde sterrenstelsels.,
Reuzenberekening
rode reuzen komen vaker voor dan Cepheïden en zijn gemakkelijk te herkennen in de perifere gebieden van sterrenstelsels, waar sterren Goed van elkaar gescheiden zijn en stof geen probleem is. Hun helderheid varieert sterk — maar als geheel genomen heeft de roodreuspopulatie van een sterrenstelsel een handige functie. De helderheid van de sterren neemt over miljoenen jaren toe tot het maximum bereikt, en dan daalt het plotseling. Wanneer astronomen een grote groep sterren plotten op basis van kleur en helderheid, zien de rode reuzen eruit als een wolk van stippen met een scherpe rand., De sterren aan die rand kunnen dan dienen als standaardkaarsen.
Freedman ‘ s team gebruikte de techniek om de afstanden tot 18 sterrenstelsels te berekenen, en verkregen een schatting van de Hubbleconstante die voor het eerst een nauwkeurigheid heeft die vergelijkbaar is met die van de op Cepheïden gebaseerde studies.
Riess zegt dat de red-giant studie nog steeds steunt op veronderstellingen over de hoeveelheid stof in sterrenstelsels — met name in de Grote Magelhaense Wolk, die in de studie als ankerpunt werd gebruikt., “Stof is erg lastig in te schatten, en ik weet zeker dat er veel discussie zal zijn” over waarom de benadering van de auteurs leidt tot een lagere schatting van de Hubble-constante, zegt hij.
het resultaat is statistisch compatibel met de Planck voorspelling en met Riess ‘ Cepheïd berekening — wat betekent dat de fout bars van de berekeningen overlappen — en de precisie van de techniek zal verbeteren naarmate de gegevens over rode reuzen accumuleren. Ze kunnen in de nabije toekomst Cepheïden verslaan, zegt Kolb.
de naald kan verschuiven naar een van de andere waarden., Of het kan blijven zitten, en de andere technieken kunnen er uiteindelijk naar convergeren. Voor nu hebben kosmologen genoeg om over te puzzelen.