Credit: NASA, STScI, and ESA.
We hebben het hier eerder voorbij zien komen: de zogeheten ’time-delay cosmography’, in goed Nederlands de tijdsvertraging-kosmografie. Het draait daarin om zwaartekrachtlenzen, het door Albert Einstein voorspelde effect waarbij licht van ver verwijderde objecten (bijvoorbeeld van quasars) afbuigt en versterkt doordat de ruimte rondom een zwaar sterrenstelsel precies tussen dat object en de aarde in verbogen is door de massa van dat lensstelsel. Dat kan leiden tot een nieuw beeld van dat ver verwijderde object, maar er kan ook een hele serie beelden ontstaan, allemaal rondom het lensstelsel. Het interessante is nu dat als er sprake is van zo’n serie beelden dat die niet allemaal op hetzelfde moment bij de aarde arriveren, want het licht van al die beelden heeft een verschillende baan afgelegd om het lensstelsel heen en dat betekent dat het licht van de kortere trajecten eerder bij ons arriveert dan het licht dat langere trajecten aflegt -zie de illustratie hieronder én de video helemaal onderaan.
Het pad bovenlangs zou iets langer kunnen zijn dan het onderste pad en daarmee iets langer duren voordat de aarde wordt bereikt. Credit: TDCOSMO Collaboration.
Het mooie is nu dat de sterrenkundigen hebben bedacht hoe je met die tijdvertragende zwaartekrachtlenzen H0 kunt meten, de waarde van de Hubble constante in het huidige heelal, de constante die aangeeft met welke snelheid het heelal uitdijt (zie de video onderaan de blog). Vorig jaar deden ze dat al eens met de SLACS (Sloan Lens ACS – dat ACS staat voor Hubble’s Advanced Camera for Surveys) catalogus en dat leverde een Hubble constante op van H0=67,4 ± 3,6 km/s/Mpc, een waarde die in de discussie over de Hubble-spanning tot het kamp van het vroege heelal kan worden gerekend. Recent heeft men de methode opnieuw toegepast en wel met DES J0408-5354, een zwaartekrachtlens waarbij twee lensstelsels (G1 en G2 in de foto hieronder) één quasar in vier verschillende beelden splitsen (A, B, C en D).
Credit: Anowar. J. Shajib, Simon Birrer, Tommaso Treu, et al.
Grote probleem bij het bepalen van H0 met dergelijke meervoudige zwaartekrachtlenzen is dat je exact moet weten hoe de verdeling van de materie is in het tussenliggende lensstelsel, in dit geval twee lensstelsels. Anowar. J. Shajib (Universiteit van Californië) en z’n kornuiten hebben daar een model op los gelaten van zo’n massaverdeling en daar hebben ze vervolgens de techniek der blinde analyse op los gelaten om alle mogelijke vooroordelen uit te sluiten. De uitkomst die ze uiteindelijk kregen was H0=74,2 km/s/Mpc (3,9% onzekerheid), een waarde die dit keer valt binnen het kamp van het huidige heelal. In de lange grafiek hieronder zie je een heleboel gemeten waarden voor H0, met in de paarse vertikale balk de metingen van het kamp van het vroege heelal, in de groene balk rechts de metingen van het kamp van het vroege heelal. De vijfde lijn onder het kopje ‘Lensing related, mass model-dependent’ geeft het resultaat weer die we nu bespreken.
Credit: Di Valentino et al. 2021.
De onderzoekers hopen met toekomstige waarnemingen en betere modellen van massaverdeling de onzekerheid in de metingen terug te brengen tot 1%. Hier het vakartikel over het onderzoek aan DES J0408-5354, verschenen in de MNRAS. Hieronder een video waarin getoond wordt hoe ze met die tijdvertragende kosmografie de Hubble constante kunnen bepalen.
Bron: Astrobites.
