6 juli 2022

En weer een schatting van de Hubble constante op grond van ’time-delay cosmography’

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.

Comments

  1. Hallo allen, vraagje, de uitdijing van ruimte gaat in km/s/Mpc maar ruimte heeft toch met volume te maken?
    Waarom is het dan niet km²(kubieke kilometer)/s/Mpc?

    • Voor zover ik het begrijp:
      Uitgaande van een bolvormig heelal kun je inderdaad gemakkelijk uitrekenen met welk volume het heelal per seconde per Mpc uitdijt, maar heeft het resultaat van die berekening weinig toegevoegde waarde bij het doen van afstandsbepalingen in het heelal. Makkelijker is het dan om met slechts één dimensie te werken: de afstand tussen de aarde en een willekeurig object in het heelal.

      • Het is geen vierkante km omdat we de uitdijing observeren door de verandeting in afstand tussen 2 of meer objecten. Dat is een lijn die langer (of korter) wordt. De afstand tussen objecten druk je nooit uit in eenheden voor oppervlakte of volume.

        Zoals Niels ook zegt, als je wilt weten hoeveel groter het heelal wordt, gebruik je toename in volume. Maar als je de ratio wilt weten waarmee de afstanden tussen objecten groter worden, gebruik je eenheden voor afstand.

        Ps. km² is vierkante km, niet kubieke 😉

      • Niels dank voor je respons.

        Uitdijing gaat toch niet over afstanden maar over toenemende volumes, het deeg van krentenbrood waarin de krenten na het rijzen van het deeg in alle richtingen even ver van elkaar verwijderd raken en ja onderling , van krent naar krent ,zal dat in afstand te meten zijn. Uitdijing van ruimte vindt niet overal plaats, de krenten worden bijvoorbeeld niet groter maw de ruimte tussen elektron en kern,net zoals de ruimte tussen maan en aarde,neemt niet toe. Dit is, lijkt mij, dan ook de rede dat we uitdijing iig kunnen waarnemen echter nog niet volledig kunnen verklaren. Vandaar mijn vraag waarom km/s/Mpc en geen km³/s/Mpc.

        • Men gaat er in ieder geval van uit dat het heelal (versneld) uitdijt als gevolg van de oerknal.
          Die uitdijing is alleen waar te nemen op kosmische schaal, en dus niet op de kleinere schalen die je noemt. Verder is het slechts een aanname dat het heelal er op grote schaal in alle richtingen hetzelfde uitziet (isotroop) en op iedere plaats dezelfde eigenschappen bezit (homogeen). (Kosmologisch principe).

  2. Hallo Niels,

    De versnelde uitdijing van het universum kent toch twee periodes? Eerst oerknal met eigen versnelling en later, was dat niet iets van 10 miljard jaar later, was daar nog een extra versnelling bovenop, toch? Ik neem aan dat daar rekening mee is gehouden bij het tot stand komen van de Hubble constante, maw de verschillende manieren om de Hubble constante te bepalen zijn, zover ik dat begrijp, gebaseerd op waarnemingen van voor de extra versnelling en van na de extra versnelling. Ik kan mij voorstellen dat dat een verklaring is waarom de verschillende methodes voor vaststellen van de Hubble constante zo verschillen. Ik ga er dan ook zeker niet vanuit dat het universum en dus ook het heel-al homogeen is.

    Overigens heb ik het over het universum zijnde een onderdeel van het heelal wat de empirische wetenschap heeft kunnen omschrijven.

    Zou het kunnen dat de Hubble constante een lokaal fenomeen is en dat misschien het heelal ook een eigen constante heeft of net andersom? Daarom vraag ik mijzelf nog steeds af of het niet km³ moet zijn.

    ps gerezen deeg met krenten kent ook holtes (voights) 😉

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: