Net wanneer we denken dat we het heelal vrij goed begrijpen, komen er enkele astronomen langs om alles op zijn kop te zetten. In dit geval is iets wezenlijks voor alles wat we weten en zien op zijn kop gezet: de expansiesnelheid van het universum zelf, ook bekend als de Hubble Constant.
Een team van astronomen dat de Hubble-telescoop gebruikt, heeft vastgesteld dat de uitzettingssnelheid vijf tot negen procent sneller is dan eerder werd gemeten. De Hubble-constante is geen nieuwsgierigheid die kan worden uitgesteld tot de volgende vooruitgang in de meting. Het maakt deel uit van de aard van alles wat bestaat.
"Deze verrassende bevinding kan een belangrijke aanwijzing zijn om die mysterieuze delen van het universum te begrijpen die 95 procent van alles uitmaken en geen licht uitstralen, zoals donkere energie, donkere materie en donkere straling", aldus studieleider en Nobelprijswinnaar Adam Riess van het Space Telescope Science Institute en de Johns Hopkins University, beide in Baltimore, Maryland.
Maar voordat we ingaan op de gevolgen van deze studie, laten we een beetje een back-up maken en kijken hoe de Hubble-constante wordt gemeten.
Het meten van de uitbreidingssnelheid van het heelal is een lastige zaak. Met behulp van de afbeelding bovenaan werkt het als volgt:
- Binnen de Melkweg wordt de Hubble-telescoop gebruikt om de afstand tot Cepheid-variabelen, een soort pulserende ster, te meten. Parallax wordt hiervoor gebruikt en parallax is een basisinstrument voor geometrie, dat ook wordt gebruikt bij landmeetkunde. Astronomen weten wat de ware helderheid van Cepheids is, dus als je dat vergelijkt met hun schijnbare helderheid van de aarde, krijg je een nauwkeurige meting van de afstand tussen de ster en ons. Hun pulsatiesnelheid verfijnt ook de afstandsberekening. Om deze reden worden cepheid-variabelen ook wel 'kosmische maatstaven' genoemd.
- Vervolgens richten astronomen hun blik op andere nabijgelegen sterrenstelsels die niet alleen Cepheid-variabelen bevatten, maar ook Type 1a-supernova, een ander goed begrepen type ster. Deze supernova's, die natuurlijk exploderende sterren zijn, zijn een andere betrouwbare maatstaf voor astronomen. De afstand tot deze sterrenstelsels wordt verkregen door de Cepheids te gebruiken om de ware helderheid van de supernova's te meten.
- Vervolgens richten astronomen de Hubble op sterrenstelsels die nog verder weg zijn. Deze zijn zo ver verwijderd dat elke Cepheids in die sterrenstelsels niet te zien is. Maar Type 1a-supernova's zijn zo helder dat ze zelfs op deze enorme afstanden te zien zijn. Vervolgens vergelijken astronomen de ware en schijnbare helderheden van de supernova's om te meten met de afstand waar de uitdijing van het heelal te zien is. Het licht van de verre supernova's wordt 'rood verschoven' of uitgerekt door de uitbreiding van de ruimte. Wanneer de gemeten afstand wordt vergeleken met de roodverschuiving van het licht, levert dit een meting op van de mate van uitzetting van het heelal.
- Haal diep adem en lees dat alles nog een keer.
Het grote deel van dit alles is dat we een nog nauwkeurigere meting hebben van de expansiesnelheid van het heelal. De onzekerheid in de meting is gedaald tot 2,4%. Het uitdagende deel is dat deze expansiesnelheid van het moderne universum niet past bij de metingen van het vroege universum.
De expansiesnelheid van het vroege heelal wordt verkregen uit de overgebleven straling van de oerknal. Als die kosmische nagloeiing wordt gemeten met NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) en de ESA's Planck-satelliet, levert dit een kleinere mate van expansie op. Dus de twee staan niet op één lijn. Het is alsof je een brug bouwt, waarbij de bouw aan beide uiteinden begint en in de rij moet staan als je in het midden bent. (Waarschuwing: ik heb geen idee of bruggen zo worden gebouwd.)
'Je begint aan twee kanten en je verwacht elkaar in het midden te ontmoeten als al je tekeningen goed zijn en je metingen goed zijn', zei Riess. "Maar nu zijn de doelen niet helemaal in het midden en we willen weten waarom."
“Als we de aanvankelijke hoeveelheden dingen in het universum kennen, zoals donkere energie en donkere materie, en we hebben de fysica correct, dan kun je kort na de oerknal een meting uitvoeren en dat begrip gebruiken om te voorspellen hoe snel zou het universum vandaag moeten uitbreiden, 'zei Riess. "Als deze discrepantie echter blijft bestaan, lijkt het erop dat we niet het juiste begrip hebben, en het verandert hoe groot de Hubble-constante vandaag zou moeten zijn."
Waarom het niet allemaal klopt, is het leuke en misschien gekmakende deel hiervan.
Wat we donkere energie noemen, is de kracht die de uitdijing van het heelal aandrijft. Wordt Dark Energy sterker? Of wat dacht je van Dark Matter, dat het grootste deel van de massa in het heelal omvat. We weten dat we er niet veel van weten. Misschien weten we nog minder dan dat, en de aard ervan verandert in de loop van de tijd.
"We weten zo weinig over de donkere delen van het universum, het is belangrijk om te meten hoe ze de ruimte over kosmische geschiedenis duwen en eraan trekken", zegt Lucas Macri van de Texas A&M University in College Station, een belangrijke medewerker van de studie.
Het team werkt nog steeds samen met de Hubble om de onzekerheid in metingen van de expansiesnelheid te verminderen. Instrumenten zoals de James Webb Space Telescope en de European Extremely Large Telescope zouden kunnen helpen om de meting nog verder te verfijnen en om dit boeiende probleem aan te pakken.
