De gegevens wijzen erop dat het universum uitdijt met een snelheid van ongeveer 67 kilometer per seconde per megaparsec. En dat betekent dat ons gangbare kosmologische model voor de evolutie van het universum mogelijk toch juist is.
Het is al lange tijd bekend dat het universum uitdijt. Om te bepalen hoe snel dit gebeurt, gebruiken onderzoekers de hubbleconstante; een belangrijke kosmologische parameter die de schaal, grootte en leeftijd van het universum vaststelt. Het is een van de meest directe manieren om erachter te komen hoe het universum evolueert. Er is echter veel discussie over de exacte waarde van de hubbleconstante, omdat verschillende meetmethoden verschillende resultaten hebben opgeleverd. Dit heeft sommige wetenschappers doen twijfelen of er misschien iets ontbreekt in ons begrip van hoe het universum werkt. Maar nieuwe metingen van de krachtige ruimtetelescoop James Webb wijzen er nu ineens op dat er helemaal geen discrepantie bestaat.
Uitdijing van het universum
Laten we bij het begin beginnen. De uitdijing van het universum zorgt ervoor dat sterrenstelsels van elkaar afdrijven. En de snelheid waarmee dit gebeurt is proportioneel aan de afstand tussen de sterrenstelsels. Als sterrenstelsel A bijvoorbeeld twee keer zo ver van de aarde staat als sterrenstelsel B, dan neemt de afstand tot ons ook twee keer zo snel toe. Edwin Hubble, een Amerikaanse astronoom, was een van de eersten die deze relatie ontdekte.
Hubbleconstante
Om te achterhalen hoe snel twee sterrenstelsels zich van elkaar verwijderen, is het dus essentieel om te weten wat de afstand tussen hen is. Deze afstand moet echter vermenigvuldigd worden met een constante factor. Deze factor staat bekend als de hubbleconstante. De hubbleconstante is cruciaal voor het begrijpen van de geschiedenis van het universum. Het speelt een sleutelrol in ons model van hoe het universum zich door de tijd heen ontwikkelt.
Waarde van de hubbleconstante
De hubbleconstante is dus een belangrijke parameter in de kosmologie die de snelheid waarmee het universum uitdijt, beschrijft. Maar toch lukt het onderzoekers maar niet om hier de vinger op te leggen. Dat komt omdat het nog steeds niet gelukt is om de exacte waarde van de hubbleconstante te bepalen. En dat terwijl er al meerdere manieren zijn uitgeprobeerd om deze te meten. Een belangrijke methode is het analyseren van het resterende licht van de oerknal, bekend als de kosmische microgolfachtergrond. Met deze zeer nauwkeurige techniek is de beste huidige schatting van de hubbleconstante 67,4 kilometer per seconde per megaparsec. Een andere belangrijke methode betreft het rechtstreeks meten van de expansie van sterrenstelsels in onze lokale omgeving door gebruik te maken van sterren met bekende helderheden. Net zoals autolampen vager worden naarmate ze verder weg zijn, worden sterren vager naarmate de afstand groter is. Door de afstanden en de snelheid van het uit elkaar bewegen van deze sterrenstelsels te meten, kunnen we bepalen hoe snel het universum zich uitbreidt. In het verleden hebben metingen met deze methode een hogere waarde voor de hubbleconstante opgeleverd, dichter bij 74 kilometer per seconde per megaparsec. Een verschil van zes of zeven kilometer per seconde dus!
Hubble-spanning
Dit verschil is groot genoeg dat sommige wetenschappers vermoeden dat er iets belangrijks ontbreekt in ons standaardmodel van het universum. Omdat de ene methode naar de vroege dagen van het universum kijkt en de andere naar het huidige tijdperk, zou het kunnen betekenen dat er in de loop van de tijd iets ingrijpends is veranderd. Deze schijnbare tegenstrijdigheid wordt de ‘Hubble-spanning’ genoemd.
James Webb
Al jarenlang breken astronomen zich het hoofd over deze discrepantie. Maar mogelijk komt James Webb nu met het verlossende antwoord. Onderzoekers gebruikten de telescoop om de afstand tot tien nabije sterrenstelsels te meten en zo een nieuwe schatting te maken van de snelheid waarmee het universum momenteel uitdijt. Om hun resultaten te controleren, maakten ze gebruik van drie verschillende methoden. De eerste methode maakt gebruik van Cepheïden (pulserende sterren), die op een voorspelbare manier in helderheid veranderen over de tijd. De tweede methode berust op het feit dat sterren met een lage massa een maximale helderheid bereiken die niet verder toeneemt. De derde en nieuwste methode maakt gebruik van koolstofsterren, die een stabiele kleur en helderheid hebben in het nabije-infrarood licht. Deze nieuwe analyse is de eerste die alle drie de methoden tegelijk toepast binnen dezelfde sterrenstelsels.
67,4 kilometer per seconde per megaparsec
De bevindingen zijn verrassend. Zo blijkt dat de gemeten waarden in elk geval dicht in de buurt komen van de 67,4 kilometer per seconde per megaparsec. “Op basis van deze nieuwe gegevens van Webb vinden we geen sterk bewijs voor een Hubble-spanning,” stelt onderzoeker Wendy Freedman. “Integendeel, het lijkt erop dat ons gangbare kosmologische model voor de evolutie van het universum nog steeds klopt.”
De bevindingen wijzen erop dat er mogelijk geen fundamenteel probleem is tussen de verschillende methoden om de hubbleconstante te meten. En dat zou een belangrijke stap vooruit zijn in de kosmologie. Als de Hubble-spanning daadwerkelijk wordt weerlegd, kan dit belangrijke implicaties hebben voor de fundamentele fysica en de evolutie van ons begrip van het universum. “Toekomstige waarnemingen met James Webb zullen van groot belang zijn om de Hubble-spanning te bevestigen of te ontkrachten en om de gevolgen voor de kosmologie te evalueren,” besluit onderzoeker Barry Madore.