Nieuwe waarnemingen van de Webb-ruimtetelescoop suggereren dat het feit dat het heelal nu sneller uitdijt dan miljarden jaren geleden niet het gevolg is van een meetfout, maar van een nog onbekend kosmisch fenomeen. De nieuwe data onderschrijven de metingen die Webb’s voorganger Hubble heeft gedaan van afstanden tussen nabije sterren en sterrenstelsels, en bieden de mogelijkheid om de discrepantie in de metingen van de mysterieuze uitdijing van het heelal – de zogeheten Hubble-spanning – aan te pakken (The Astrophysical Journal, 9 december).
‘De discrepantie tussen de waargenomen uitdijingssnelheid van het heelal en de voorspellingen van het zogeheten standaardmodel van de kosmologie suggereert dat ons begrip van het heelal mogelijk onvolledig is’, aldus hoofdauteur Adam Riess, hoogleraar natuur- en sterrenkunde aan de Johns Hopkins Universiteit. ‘Nu twee NASA-ruimtetelescopen elkaars bevindingen bevestigen, moeten we deze Hubble-spanning zeer serieus nemen.’
Het nieuwe onderzoek bouwt voort op de ontdekking, door Riess en anderen, dat de uitdijing van het heelal versnelt onder invloed van een mysterieuze ‘donkere energie’. Riess en collega's hebben gebruik gemaakt van de grootste dataset die de Webb-telescoop tijdens zijn eerste twee jaar in de ruimte heeft verzameld, om de eerdere meting van de kosmische uitdijingssnelheid – een getal dat de Hubble-constante wordt genoemd – door de Hubble-telescoop te verifiëren. Ze gebruikten drie verschillende methoden om de afstanden te meten tot sterrenstelsels waarin supernova-explosies plaatsvonden. Daarbij hebben ze vooral gekeken naar afstanden die eerder door de Hubble-telescoop waren gemeten en waarvan bekend is dat ze de nauwkeurigste ‘lokale’ metingen van dit getal opleveren. Omdat de waarnemingen van beide telescopen nauw op elkaar aansloten, kan de Hubble-ruimtetelescoop niet de veroorzaker van de Hubble-spanning kan zijn.
Toch blijft de Hubble-constante een raadsel, omdat metingen op basis van telescoopwaarnemingen van het huidige heelal hogere waarden opleveren in vergelijking met schattingen op basis van het zogeheten standaardmodel van de kosmologie. Dit model verklaart de evolutie van sterrenstelsels, de kosmische achtergrondstraling, de hoeveelheden chemische elementen in het heelal en allerlei andere belangrijke waarnemingen op basis van de bekende natuurkundige wetten. De aard van de donkere materie en de donkere energie – twee mysterieuze kosmische bestanddelen die bijna alle energie en materie in het heelal voor hun rekening nemen en verantwoordelijk zijn voor diens versnelde uitdijing – kan het model echter niet goed verklaren.
Waar het standaardmodel een Hubble-constante van 67 à 68 kilometer per seconde per megaparsec oplevert, laten metingen op basis van telescoopwaarnemingen vaak een hogere waarde zien van gemiddeld 73 km/s/Mpc. Kosmologen verbazen zich over dit verschil, omdat het te groot is om simpelweg aan fouten in metingen of waarneemtechnieken te kunnen toeschrijven.
Naast hun analyse van cepheïden – pulserende sterren die een belangrijke maatstaf zijn bij het meten van kosmische afstanden – heeft het team van Riess ook metingen op basis van koolstofrijke sterren en de helderste rode reuzensterren in dezelfde sterrenstelsels gecontroleerd. Alles bij elkaar leverden de Webb-waarnemingen een Hubble-constante van 72,6 km/s/Mpc op – vrijwel gelijk aan de waarde van 72,8 km/s/Mpc die Hubble vond.
‘Een mogelijke verklaring voor de Hubble-spanning zou kunnen zijn dat er iets ontbreekt in ons begrip van het vroege heelal, zoals een nieuwe materiecomponent – vroege donkere energie die het heelal een onverwachte schop gaf na de oerknal’, zegt kosmoloog Marc Kamionkowski van Johns Hopkins, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. ‘En er zijn nog meer ideeën, zoals vreemde eigenschappen van donkere materie, exotische deeltjes, een veranderlijke elektronmassa en magnetische oervelden. Theoretici kunnen zich nu lekker uitleven.’ (EE)
Webb Telescope’s Largest Study of Universe Expansion Confirms Challenge to Cosmic Theory