Met de laatste Cepheïden-metingen wordt de Hubble-spanning alleen maar groter

Een deel van de oorspronkelijke Hubble Ultra Deep Field. Hoe snel dijdt het heelal uit? Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI).

Een recent artikel over metingen aan de snelheid waarmee het heelal uitdijt laat zien dat de Hubble-spanning alleen maar groter is geworden. Probleem: de waarde voor de Hubble constante H0, dé indicator voor de snelheid waarmee het heelal uitdijt, is in het vroege heelal een andere dan de H0 in het huidige heelal (67,4 ± 0,5 km/s/Mpc versus 72,04 ± 2,67 km/s/Mpc), da’s de Hubble-spanning in een notendop. Nobelprijswinnaar Adam Riess (vanwege de ontdekking in 1998 van de versnelde uitdijing van het heelal) is de bekendste vertolker van de hoge versie van H0, die van het lokale, huidige heelal. Zijn team heeft onlangs nieuwe metingen gedaan aan Cepheïden, veranderlijke sterren, die een essentieel onderdeel vormen van de ‘kosmische afstandsladder’, de methode waartoe ook type Ia supernovae behoren, exploderende witte dwergen. Riess heeft met zijn team 70 Cepheïden in meerdere golflengten bestudeerd met de Hubble ruimtetelescoop. Alle Cepheïden liggen in de Grote Magelhaense Wolk (Engels: LMC), een begeleidend dwergsterrenstelsel van het Melkwegstelsel.

Metingen aan de periode-lichtkracht relatie van de 70 Cepheïden in verschillende golflengten. Credit: Riess et al.

Uitkomst van die recente meting is H0=74.03±1.42 km/s/Mpc, dus nog iets meer zelfs dan eerder werd gemeten – hier het vakartikel erover, gepubliceerd in the Astrophysical Journal – zie ook de grafiek hierboven met de gedane metingen aan de Cepheïden. En dat maakt de Hubble spanning alleen maar groter, want het verschil met de waarde van H0 voor het vroege heelal is gegroeid. De statistische betrouwbaarheid van het verschil bedraagt 4,4&sigma, dat wil zeggen dat instrumentele fouten of oplossingen binnen het standaardmodel uitgesloten zijn. Het lijkt er daarmee steeds meer op dat het standaard ‘concordantiemodel’ van het heelal, het zogeheten Λ-CDM model, niet de juiste beschrijving geeft van het heelal.

Mogelijke verklaringen

Er zijn afgelopen jaren al tal van alternatieve verklaringen bedacht, die een oplossing zouden kunnen zijn van de Hubble-spanning, allemaal verklaringen die niet passen in het ‘Λ-CDM model, allemaal ‘Nieuwe Natuurkunde’. In de afbeelding hieronder zie je vijf van die verklaringen, van boven naar beneden:

  • Donkere Energie, die varieert met de tijd (dus geen Kosmologische constante).
  • Meer soorten neutrino’s (er zijn er nu drie bekend).
  • Een gekromd heelal (dus geen vlak heelal, zoals nu algemeen wordt aangenomen).
  • Toch interacties tussen gewone en donkere materie.
  • En tenslotte donkere energie in het vroege heelal.
  • Onderaan in de grafiek: het grote verschil tussen de metingen in het vroege en late heelal. De laatste gegevens van Riess zijn weergegeven met ‘Here’. Daarboven de oplossing met vijf verklaringen volgens de Nieuwe Natuurkunde. Credit: Riess et al.

Wordt vast en zeker vervolgd. Bron: Astrobites + Particlebites.

15 gedachten over “Met de laatste Cepheïden-metingen wordt de Hubble-spanning alleen maar groter

  1. Ik heb even het abstract gelezen van dat artikel over meer soorten neutrino’s.
    De laatste zin daarvan geeft een prikkelend perspectief voor nader onderzoek naar cosmologische modellen:
    “Our analysis shows that it is possible to find radically different cosmological models that nonetheless provide excellent fits to the data, hence providing an impetus to thoroughly explore alternate cosmological scenarios.”

  2. Het lijkt zo logisch dat in een versneld uitdijend heelal de methoden die de uitdijingssnelheid meten in het huidige heelal een hogere waarde vinden dan de methoden die de uitdijing meten in het vroege heelal. Wat is het echte probleem van de Hubble-spanning?

    • Nou je slaat precies de spijker op de kop. Ik denk er namelijk net zo over. Het lijkt bijna logisch dat de Hubble-constante in het vroege heelal anders is dan in het late heelal, gezien de versnelde uitdijing van het heelal. Een poosje terug heb ik de sterrenkundige Ethan Siegel (Starts with a Bang) een mailtje gestuurd en hem deze vraag voorgelegd. Hij heeft zo’n rubriek waarin hij vragen van lezers beantwoordt en deze vraag intrigeert mij (en jou kennelijk ook). Hier wat ik hem in de mail vroeg:

      “…There‘s one thing that keeps me wandering and I’d like to share it with you. Maybe you can solve this. It has to do with the Hubble tension, the ongoing discussion about the expansion of the universe. Let me first start with two observations:

      The first is the observation made in 1998 by two independent teams of astronomers that the expansion of the universe is accelerated, an observation based on the observation of type Ia supernovae. This acceleration of the expansion means that the expansion in the early universe was slower than in the present universe, due to the dark energy.
      The second is the observation that the value of the Hubble constant in the early universe is slower than the value in the present universe. Planck measured a value of H0 around 67 km/s/Mpc in the early universe, HST measured a value of H0 around 73 km/s/Mpc in the present universe.
      My question: isn’t the second observation just a result of the first? Isn’t the Hubble tension a consequence of the accelerated expansion? If there is dark energy with a repulsive force, which strength is coupled to the volume of space, than the expansion in the early universe must be slower that in the present universe, because in the early universe the volume was relatively small. That’s exactly what Planck and the HST have measured: a slow expansion in the universe, a faster expansion nowadays. Isn’t that an explanation of the Hubble tension? Or am I making some kind of mistake?”

      Ik hoop dat hij ‘m een keertje beantwoord in zijn rubriek. Ik heb nog geen reactie van hem gehad.

      • My sentiments exactly. Maar omdat iedereen lijkt te doen alsof die Hubblespanning een groot probleem is dat dringend moet worden opgelost (lees: de gevonden waarden zouden moeten overeenstemmen, of er mag eigenlijk maar één waarde zijn) en niemand een verband lijkt te willen leggen met de versnelde uitdijing, dacht ik dat het aan mij lag: ik begreep het wellicht niet zo goed. Ik hoop vurig mee op een antwoord …

        • De waarden liggen te ver uit elkaar. Dus als we extrapoleren volgens het model dat de meeste waarnemingen wel verklaart dan zouden we op een lagere H0 uit moeten komen dan wat we nu verkrijgen door bijvoorbeeld naar Cepheïden te kijken (ervan uitgaande dat alle metingen wel kloppen).

          Als we iemand volgen vanaf geboorte en proberen via het meest gangbare groeimodel de lichaamslengte te bepalen op een bepaalde leeftijd dan hebben we een waarde die we verwachten te meten zodra die persoon die leeftijd bereikt. Als we nauwkeurig hebben berekend dat die persoon op 18 jarige leeftijd een geschatte lengte zal hebben van 172 cm +- 2 cm (unisex) en die persoon meet opeens 321.5 cm concreet dan heb je een ‘discrepancy’. Is het pindakaas, spruitjes of nieuwe neutrino smaken die voor dat verschil zorgen met de voorspelling?

      • De (lage) waarde van de Hubble constante volgens Planck = een voorspelling!!! van de waarde die de Hubble constante nu (in het late heelal) zou moeten hebben

        Vervolgens geven de metingen!!! in het late heelal een veel hogere waarde aan

        De betere bronnen zullen het ook altijd hebben over de early-universe predictions -versus- de late-universe measurements

  3. Is het niet zo dat beide methodes de huidige expansiesnelheid zouden moeten laten zien? We meten beide toch nu, en niet een van beide 9 miljard jaar terug (of eender welk ander moment lang geleden)?

    Ik kan nergens vinden dat de CMB metingen betrekking hebben op een “vroeg” heelal, laat staan dat het specifiek wordt gemaakt, zoals in: “de CMB metingen betreffen het de Hubbleconstante van het heelal toen dat 380.000 jaar oud was”.

    • Jerzo, bedankt voor je suggestie. Ik denk niet dat dat de verklaring is. De metingen aan de Hubble constante in het vroege heelal laten volgens mij ook echt de waarde ervan in het vroege heelal zien en niet die van de huidige expansiesnelheid. De belangrijkste methode is die van de Planck satelliet, die naar de kosmische microgolf-achtergrondstraling (:CMB) heeft gekeken. Die straling is van 380.000 jaar na de oerknal, zeg maar het zeer vroege heelal. De straling is weliswaar roodverschoven als gevolg van de expansie van het heelal, maar het gaat bij de H0-meting via de CMB om de pieken in het spectrum, het zogeheten powerspectrum. Dat zegt echt iets over hoe snel de expansie toen ging en niet nu. Ook de andere methodes van het vroege heelal (bepalen angular diameter distance en de baryon acoustic oscillations) laten volgens mij echt de H0 van toen zien.

      • Ik kijk naar de horizontale as van de tweede grafiek in je stuk. Daar staan alle gevonden waardes op van H&?#8320; en dat symbool staat heel specifiek voor de waarde van de huidige Hubbleparameter.

        Het heeft toch ook weinig zin om te roepen dat er een crisis is als al deze waardes van verschillende momenten in de geschiedenis van het heelal zouden zijn?

        • Mmmm, zou dat het dan zijn? Dat op basis van de methodes van het vroege heelal de waarde van de actuele expansiesnelheid van het heelal is bepaald en dat die anders is dan de waarde volgens de methodes van het recente heelal.

          • Ja, volgens mij is dat het. Daarom dat ook nu pas de crisis vormt neemt, want de precisie van de laatste serie metingen sluit vrijwel zeker uit dat het om overlap gaat. Overlap in de metingen zou niet eens een punt mogen zijn als het daadwerkelijk om oud heelal vs huidig heelal ging.

  4. Als het heelal roteert zoals Hawking in 1968 al eerder suggereerde (dus niet vlak) dan krijg je ook verschillende waarden voor oud en nieuw heelal en verklaar je (m.i., daar istie weer) meteen de versnelde expansie door de rotatie energie. Alles roteert, waarom het heelal niet… zie Hawking http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1969MNRAS.142..129H&db_key=AST&page_ind=0&data_type=GIF&type=SCREEN_VIEW&classic=YES

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

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