Hoe snel dijt het universum uit? Wetenschappers krijgen twee verschillende antwoorden, afhankelijk van hoe ze meten. Een nieuwe methode moet ze helpen om dit raadsel te ontrafelen.
Het heelal wordt groter. Dat weten we al bijna een eeuw lang. Maar hoe snel precies? Daar wringt de schoen. Astronomen van onder meer de Universiteit van Tokio hebben daarom een techniek verfijnd die werkt als een soort kosmische snelheidscamera.
Twee metingen, twee antwoorden
Even een stapje terug. Als je naar verre sterrenstelsels kijkt, zie je dat ze van ons wegbewegen. Hoe verder weg, hoe sneller. Dit tempo noemen wetenschappers de Hubble-constante. Meet je dit met behulp van objecten in onze kosmische achtertuin, zoals bepaalde typen sterren en supernova’s, dan kom je uit op ongeveer 73 kilometer per seconde per megaparsec (3,3 miljoen lichtjaar).
Maar er is nog een manier om de uitdijingssnelheid te bepalen: door te kijken naar de kosmische achtergrondstraling, de nagloei van de oerknal. Die methode levert een lager getal op, ongeveer 67 kilometer per seconde per megaparsec. Zes kilometer per seconde verschil klinkt niet als veel, maar voor kosmologen is het een enorme kloof die de ‘Hubble-spanning’ wordt genoemd.
Zwaartekracht als vergrootglas
De onderzoekers hebben zogenoemde zwaartekrachtlenzen om te proberen om een oplossing te vinden voor dit vraagstuk. Dit is hoe het werkt: ergens ver weg schijnt een quasar, een superzwaar zwart gat dat gas opslurpt en daardoor verblindend helder straalt. Tussen ons en die quasar staat een zwaar sterrenstelsel. De zwaartekracht van dat stelsel buigt het licht van de quasar om, als een gigantisch kosmisch vergrootglas.
Het gevolg is dat we niet één beeld van die quasar zien, maar meerdere. Elk lichtstraaltje heeft een iets andere route afgelegd om bij ons te komen. En omdat die routes verschillen in lengte, komen de beelden niet tegelijk aan. Door te meten hoeveel later het ene beeld aankomt dan het andere, kunnen astronomen uitrekenen hoe snel het heelal uitdijt.
Onafhankelijk bewijs
Het team analyseerde acht van zulke lenssystemen met data van onder meer de ruimtetelescoop James Webb. Hun conclusie: de uitdijingssnelheid komt overeen met de metingen van nabije objecten, niet met die van de achtergrondstraling uit het vroege heelal.
Dat is belangrijk, want deze methode staat volledig los van de traditionele meetmethodes. Als verschillende technieken dezelfde spanning laten zien, wordt het steeds onwaarschijnlijker dat het om meetfouten gaat.
Nog werk aan de winkel
De onderzoekers zijn eerlijk over de beperkingen van hun methode. Hun huidige nauwkeurigheid ligt rond de 4,5 procent. Om de Hubble-spanning definitief te bevestigen of ontkrachten, moet dat naar 1 tot 2 procent. Daarvoor hebben ze meer lenssystemen nodig en betere kennis van hoe de massa in die ‘lenssterrenstelsels’ precies verdeeld is.
Dat laatste blijft lastig. Astronomen nemen aan dat de massa een bepaald patroon volgt, maar helemaal zeker weten ze dat niet. Die onzekerheid beïnvloedt rechtstreeks de berekeningen.
Nieuwe natuurkunde aan de horizon?
Waarom zou je je druk maken om een paar kilometer per seconde verschil? Omdat het antwoord fundamenteel kan veranderen wat we denken te weten over het universum. Als de spanning echt is, betekent dat waarschijnlijk dat ons huidige model van de kosmos incompleet is. Er zou iets kunnen bestaan dat we nog niet kennen, zoals een nieuw deeltje, een onbekende kracht of iets anders dat de uitdijing beïnvloedt.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Webb’s nieuwe metingen van de uitdijing van het universum suggereren dat het ‘probleem van de hubbleconstante’ mogelijk nooit heeft bestaan en Het universum dijt misschien steeds trager uit, niet sneller. Of lees dit artikel: Grootste kaart van het universum tot nu toe bewijst (weeral) dat Einstein gelijk had.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
