23 augustus 2019

Het verschil tussen de methodes van afstandsbepaling tussen het vroege en late heelal

De kosmische afstandsladder. Credit: NASA/JPL/ESA and the Planck Collaboration.

Dat er de laatste jaren discussie is over de hoogte van de Hubble constante (de verhouding van de snelheid waarmee een bepaalde afstand groter wordt door de metrische uitdijing van de ruimte in het heelal en de grootte van die afstand) mag als bekend worden verondersteld – zie de blogs over de Hubble spanning1. Er blijkt een groot gat te zijn tussen de waardes voor H0 (da’s de huidige waarde van de Hubble constante) gemeten door naar het vroege heelal (380.000 jaar na de oerknal, roodverschuiving z~1100) en late heelal (pakweg 10-13 miljard jaar na de oerknal, z < 2) te kijken. Goed om eens even op een kort rijtje te zetten welke methodes daarvoor worden gehanteerd en wat de verschillen zijn, ik zeg met name kort, want je kan er boeken vol over schrijven.

De bepaling van de Hubble constante in het vroege heelal

Deze methode is gedaan met de Europese Planck satelliet, waarmee tussen 2009 en 2013 de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: cosmic microwave background, CMB) werd bestudeerd, de straling die resteert van 380.000 jaar na de oerknal, het moment van het ‘laatste oppervlak van verstrooiing‘. Planck keek met z’n instrumenten naar minieme temperatuursverschillen in die CMB, welke je hieronder ziet. Rood zijn de gebieden aan de hemel die iestje warmer zijn dan gemiddeld, blauw die iestje kouder zijn.

Temperatuursverschillen in de CMB. Credit: Planck Collaboration.

De afstandsbepaling die kijkt naar dat vroege heelal, zo kort na de oerknal, maakt in principe gebruik van trigonometrie. Door specifiek naar die gebiedjes met verschillende temperaturen te kijken is men in staat om de angular diameter distance te bepalen. Daarnaast kan men ook van de zogeheten baryon acoustic oscillations (BAO’s) in het power-spectrum en zwaartekrachtslenzen van de CMB door tussenliggende clusters van sterrenstelsels de afstand op grond van de hoekdiameter bepalen. Op grond van al deze methodes kon Ho worden bepaald op 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc.

De bepaling van de Hubble constante in het late heelal

De methode die de afstanden in het lokale, late heelal meet wordt de kosmische afstandsladder genoemd. Het is feitelijk een reeks van opeenvolgende afstandsbepalingen, beginnend bij de afstandsbepaling in ons eigen zonnestelsel tot aan de afstandsbepaling van ver verwijderde type Ia supernovae – zie de afbeelding hieronder.

Credit: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)

  1. De kosmische afstandsladder begint met de bepaling van de Astronomische Eenheid (AE), de afstand tussen de aarde en de zon. Op basis daarvan kan men met trigonometrie (hé, alweer) de parallax van nabije sterren in de Melkweg bepalen. Vervolgens kan men van bepaalde veranderlijke sterren, de zogeheten Cepheïden, de parallax bepalen en daarvan de afstand meten. Da’s stap 1 van de kosmische afstandsladder.
  2. Vervolgens gebruikt men Cepheïden in de Grote Magelhaense Wolk, gelegen buiten de Melkweg, om daar de afstand van te bepalen.
  3. Tenslotte worden de Cepheïden weer gebruikt om de afstanden van type Ia supernovae te meten, dat zijn witte dwergen die exploderen als ze door massatoevoer van een begeleider zwaarder worden dan de Limiet van Chandrasekhar, pakweg 1,4 keer de massa van de zon.

De resultaten van de drie stappen van de kosmische afstandsladder. Credit: Adam Riess et al / H0LiCOW

De kosmische afstandsladder is geen methode die kijkt naar de hoekmaat, zoals Planck dat deed, maar naar de lichtkracht van objecten, van de Cepheïden en supernovae. Het is dan ook een luminosity distance, zoals dat heet. Op grond hiervan werd de Hubble constante Ho bepaald op 73,9 ± 1,6 km/s/Mpc.

OK en dan is en blijft de hamvraag: zijn er systematische fouten in één van de gehanteerde methodes of is er sprake van Nieuwe Natuurkunde, waardoor het verschil tussen de uitdijingssnelheid van het vroege heelal anders was dan van het late heelal? Het verschil heeft inmiddels een statistische betrouwbaarheid van maar liefst 5,3 ?, dus dat kan niet even worden weggewuifd dat het bij latere metingen wel zal verdwijnen. We komen er vast en zeker nog op terug. Bron: In the Dark + Francis Naukas.

  1. Deze week was er nog een conferentie aan de Hubble spanning gewijd. []

Reacties

  1. Dat zal het zijn Arie, een dynamische “constante” onderhevig aan tijd-ruimte 🙂
    Van 0 naar iets is in feite al een oneindige expansie, die dan naar verloop van tijd afneemt…. en dan weer toeneemt. Ergens moet er nog een Hubbel genomen worden om dat laatste te verklaren.

  2. Cees Klaris zegt

    Als je de koude CMB bekijkt krijg je de laagste waarde. Kijken we naar de allerhoogste core temperatuur bij supernovae krijgen we de hoogste waarde en de metingen aan helium flitsen van rode reuzen zit daar tussenin. Het moet iemand al vast zijn opgevallen dat de temperatuur van de onderzochte events/objecten evenredig gerelateerd is aan de grootte van de verkregen meetwaarden. Hoe energierijker het bestudeerde subject hoe hoger de waarde van de constante.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: