Bepalen zwaartekrachtlenzen van supernovae wie gelijk heeft over de Hubbleconstante, Planck of Hubble?

Met de Hubbleconstante H0 geven de sterrenkundigen de snelheid aan waarmee het heelal uitdijt en via een simpele formule kunnen ze er ook de leeftijd van het heelal mee bepalen. Geen onbelangrijke constante – Edwin Hubble kwam er in 1929 in dit artikel mee op de proppen.  Hubble zelf probeerde de waarde ervan al te bepalen, maar met H0=500 km/s/Mpc zat hij er flink naast – kunnen we met de wetenschap van vandaag gerust stellen. Maar die wetenschap van vandaag heeft wel een groot probleem rond de waarde, want er liggen twee bepalingen van de waarde, die flink uiteenlopen, we schreven er eerder al over, onder andere hier en ook daar.

Die twee bepalingen zijn gedaan door uiterst betrouwbare instrumenten en er hebben grote teams van onderzoekers aan meegewerkt:

•  Met de Hubble ruimtetelescoop is de waarde met behulp van supernovae en Cepheiïden bepaald op H0=73 kilometer per seconde per megaparsec (= 3,3 miljoen lichtjaar), dat wil zeggen dat dat een sterrenstelsel op 3,3 miljoen lichtjaar zich met een snelheid van 73 km/s van ons verwijdert, op 33 miljoen lichtjaar met 730 km/s, enzovoorts.
• Met de Planck satelliet is de waarde met behulp van de kosmische microgolf-achtergrondstraling bepaald op H0=tussen 67 en 69 km/s/Mpc.

Wie van de twee heeft er gelijk? Sterrenkundigen durven er op dit moment hun vingers niet aan te branden, wellicht dat ze allebei gelijk hebben en dat het verschil wijst op een nieuw soort van natuurkunde. Sterrenkundigen van het Berkeley Lab en de Universiteit van Portsmouth denken dat er wel degelijk eentje is die gelijk heeft en dat pleit willen ze beslechten met behulp van een speciaal soort type Ia supernovae, exploderende sterren die ontstaan als een witte dwerg door massatoevoer van een begeleidende ster zwaarder woordt dan de Limiet van Chandrsekhar en dan in een thermonucleaire explosie vaarwel tegen de wereld zegt (zie de figuur hierboven). Supernovae van type Ia zijn betrouwbare afstandsindicatoren, omdat ze altijd dezelfde absolute maximale lichtkracht hebben en ze als een soort van standaard kaars gebruikt kunnen worden.

Probleem is alleen dat ze met grote telescopen slechts zichtbaar zijn binnen een bepaald bereik. En daar hebben die sterrenkundigen nu een oplossing voor: kijk naar sterke zwaartekrachtlenzen van supernovae. Als er tussen een supernova in een zeer ver weg gelegen sterrenstelsel en de aarde nog een ander sterrenstelsel of een cluster van sterrenstelsels ligt, dan kan zo’n tussenliggende massa de ruimte verbuigen en dienen als een enorme lens, die het licht van de supernova niet alleen afbuigt, maar ook versterkt. En zodoende kunnen sterrenkundigen ook supernovae waarnemen, die normaal gesproken buiten het bereik van de telescoop ligt.

Die zwaartekrachtslenzen van supernovae zijn een zeldzaamheid, op iedere 50.000 gewone supernovae kan je één zo’n gelenst type verwachten. Men heeft er tot nu toe ook maar twee ontdekt, waarvan je er eentje hierboven ziet, iPTF16geu. Twee is te weinig om statistieken op te bouwen en een uitspraak te doen over de Hubbleconstante. Maar de sterrenkundigen willen met de toekomstige Large Synoptic Survey Telescope (LSST) maar liefst 1000 van die speciale supernovae gaan waarnemen en als dat gelukt is denken ze een uitspraak te kunnen doen over de vraag wie er gelijk heeft in de bepaling van de waarde van de Hubbleconstante, Planck of Hubble.

Van belang bij de metingen is dat men de zogeheten ’time delay’ van de supernova goed kan bepalen. De Berkeleygroep denkt dat met de LSST goed te kunnen doen. We wachten het met geduld af. Bron: Berkely Lab.