23 september 2021

Hubble constante berekend met fluctuaties in oppervlaktehelderheid elliptische sterrenstelsels

NGC 1453, één van de 63 onderzochte elliptische sterrenstelsels. Credit: Carnegie-Irvine Galaxy Survey

Er zijn afgelopen decennia al heel wat methodes bedacht en uitgevoerd om de Hubble constante te meten, de door Edwin Hubble in de jaren twintig van de vorige eeuw bedachte constante die een maat is voor de snelheid waarmee het heelal uitdijt. De oorspronkelijke door Hubble zelf bepaalde waarde was 500 km/s/Mpc, dat wil zeggen dat hij dacht dat een sterrenstelsel op 1 megaparsec (3,26 miljoen lichtjaar) afstand zich door de expansie van het heelal met 500 km/s van het Melkwegstelsel af beweegt, een stelsel op 2 Mpc afstand met 2 x 500 km/s, enzovoorts. Maar die waarde van H0 (Engels H-naught, de expansiesnelheid van het huidige heelal) was véél te groot. Maar wat is de waarde van H0 dan wel? Dat is nou juist het grote probleem waar de sterrenkundigen de afgelopen vijf jaar mee worstelen en wat bekend staat als de Hubble spanning. Op basis van verschillende methodes zijn er namelijk twee ‘kampen’ te onderscheiden, eentje die zich baseert op waarnemingen aan het vroege heelal en die een waarde hanteert van zo’n 67,4 ±0,5 km/s/Mpc, en dan is er eentje die zich baseert op waarnemingen aan het nabije, tegenwoordige heelal en die op 73,5 ±1,4 km/s/Mpc uitkomt. Recent is een nieuwe techniek toegepast, die kijkt naar de zogeheten fluctuaties in de oppervlaktehelderheid – surface brightness fluctuation (SBF) – van grote elliptische sterrenstelsels. Metingen van afstanden van sterrenstelsels doet men al decennia middels waarnemingen aan o.a. Cepheïden en type Ia supernovae, maar nu is er dus een nieuwe loot aan de boom van de afstandsladder, de fluctuaties in de oppervlaktehelderheid.

Een met Hubble gemaakte foto van NGC 1453 om de ‘surface brightness fluctuations’ te kunnen bepalen. Credit: Space Telescope Science Institute.

Een team van sterrenkundigen onder leiding van John Blakeslee (National Science Foundation’s NOIRLab) onderzocht 63 elliptische stelsels, in afstand varierend tussen 15 en 99 Mpc, da’s relatief dichtbij. Ellipsstelsels zijn oud en hebben relatief veel oude, rode reuzensterren in hun bevolking. Met de Wide Field Camera 3 aan boord van de Hubble ruimtetelescoop zijn die 63 stelsels in het infrarood gefotografeerd en de sterrenkundigen konden zo een goed beeld krijgen van die fluctuaties in de oppervlaktehelderheid. Door heel specifiek te kijken hoe iedere pixel van de foto verschilt van de gemiddelde oppervlaktehelderheid kan men inschatten of de stelsels dichtbij staan of ver weg. Zo was men in staat om de afstanden tot die elliptische stelsels te bepalen. En dat leverde op haar beurt weer een inschatting op van de waarde van de Hubble constante, die 73,3 ± 2,5  bleek te zijn, een waarde die goed overeenkomt met de waarde van het nabije heelal – niet zo verrassend. Het betekent dat de Hubble spanning blijft bestaan, dat die zelfs weer wat versterkt wordt. Voor de oplossing van die spanning zijn er twee mogelijkheden: in de waardebepaling van één van de kampen zitten systematische fouten of er is sprake van een nieuw soort van natuurkunde, die niet in het huidige Lambda-CDM model van het heelal vervat zit. Aangezien de SBF methode een nieuwe onafhankelijke methode is lijkt die de waarde van de andere instrumenten van het nabije heelal te bevestigen. Maar ook de waarde van het vroege heelal is gebaseerd op meerdere methodes en instrumenten, zoals waarnemingen aan de kosmsiche microgolf-achtergrondstraling en aan baryonische accoustische oscillaties. Beide kampen lijken qua instrumenten dus goed en betrouwbaar te zijn. Kortom: er lijkt toch iets te ontbreken aan het Lambda-CDM model van het heelal.

Hier de twee vakartikelen die er over het onderzoek aan de elliptische stelsels in the Astrophysical Journal verschenen zijn:

Bron: Eurekalert.

Speak Your Mind

*

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