12 augustus 2020

Het blijft lastig: de bepaling van de Hubble constante met behulp van zwaartekrachtlenzen

Zo werkt de zwaartekrachtlens van een supernova. Credit: Kavli IPMU

Het was al weer in 1964 dat de Noorse sterrenkundige Sjur Refsdal in dit artikel zei dat het mogelijk moet zijn om de waarde van de Hubble constante te bepalen met behulp van supernovae, die door zwaartekrachtlens tussen de supernova en de aarde in wordt versterkt en in meerdere beeldjes wordt gesplitst. Dat zei hij in een tijd dat zwaartekrachtlenzen – een verschijnsel dat op grond van Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie kan worden verklaard – nog niet waren waargenomen, de allereerste zwaartekrachtlens werd in 1979 waargenomen, dat was de quasar SBS 0957+561.

De allereerste gedetecteerde supernova, die door een zwaartekrachtlens in meerdere beeldjes werd gesplitst, supernova Refsdal, genoemd naar Sjur Refsdal. Credit: P. L. Kelly (UC Berkeley) et al.

Om die Hubble constante van het huidige heelal H0 te meten kan je supernovae gebruiken, maar andere lichtbronnen zijn ook mogelijk, zoals quasars. Zo lang er maar sprake is van tijdsvertraging, dat de fotonen van de bron die verschillende paden langs het lensstelsel of de lenscluster bewandelen verschillende aankomsttijden bij de aarde hebben. Dat werd vorig jaar bijvoorbeeld gedaan bij het HOLiCOW project, waarbij zes quasars werden bestudeerd, wiens beeld door tussenliggende zwaartekrachtlenzen in meerdere beeldjes werd gesplitst. Uitkomst daarvan was dat H0=73,3 km/s/Mpc, een waarde die in de welbekende Hubble-spanning past in het ‘kamp’ van het lokale heelal. Maar recent is daar weer een afwijkend resultaat op gevonden – het zou eens niet het geval zijn. Met het zogeheten TDCOSMO project heeft men nog eens goed gekeken naar de zwaartekrachtlenzen van de quasars. Bij dat project kijkt men naar de ‘time-delay cosmography’ van de zwaartekrachtlenzen, zoals de tak van de sterrenkunde heet die zich met die tijdsvertragingen bezig houdt. Bij die zwaartekrachtlensen is vooral van belang hoe de verdeling van de materie is in dat lensstelsel. Dat blijken in het geval van de quasars elliptische sterrenstelsels te zijn.

Verschillende simulaties van zwaartekrachtlenzen bij verschillende massaprofielen. Credit: S. Birrer et al.

Hoe ziet het profiel van de verdeling van materie er in die elliptische stelsels eruit, dat was de vraag die S. Birrer et al in dit vakartikel hebben proberen te beantwoorden. Om aan een juist profiel van elliptische stelsels te komen maakten de sterrenkundigen gebruik van de catalogus SLACS (Sloan Lens ACS – dat ACS staat voor Hubble’s Advanced Camera for Surveys). Indien wordt verondersteld dat de elliptische stelsels van de zwaartekrachtlenzen tot dezelfde populatie behoren als die van SLACS dan blijkt er opeens een andere Hubble constante uit te rollen: H0=67,4 ± 3,6 km/s/Mpc, een waarde die tot het kamp van het vroege heelal kan worden gerekend (de onderste metingen in de grafiek hieronder).

Credit: S. Birrer et al.

Nou is de grote vraag natuurlijk of de profielen die ze gebruikt hebben voor de ellipsstelsels juist zijn of dat ze niet toch afwijkend zijn van die uit de SLACS catalogus. Verder onderzoek moet dat uitwijzen. Wordt vervolgd! Bron: Francis Naukas.

Speak Your Mind

*

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