17 juli 2024

Nee, de Cepheïden kunnen de Hubble spanning niet helpen oplossen

Credit: Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

De Hubble spanning is tezamen met de S8-spanning één van de grootste problemen waar de hedendaagse kosmologie tegenaan loopt. Sterrenkundigen weten sinds eind jaren twintig van de vorige eeuw dat het heelal uitdijt, sinds 1998 dat het heelal versnelt uitdijt, maar niet hoe snel het heelal uitdijt. Voor het meten van die snelheid – weergegeven middels de beroemde Hubbleconstante H0 – zijn er verschillende manieren en de uitkomst is dat er twee ‘kampen’ zijn, aan de ene kant het kamp van het vroege heelal (via onderzoek aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling), met Ho=67,4 km/s/Mpc als resultaat, aan de andere kant is het kamp van het lokale/huidige heelal (via de meting aan Cepheïden in het lokale heelal en verre supernovae (SNe), met Ho=73,5 km/s/Mpc als resultaat. Dát verschil wordt de Hubble spanning genoemd.

Credit: brews_ohare / Wikipedia.

De metingen aan de Cepheïden in het lokale heelal en verre supernovae maken deel uit van de zogeheten ‘kosmische afstandsladder’, een complexe methode van diverse opeenvolgende afstandsbepalingen van zeer dichtbij tot ver weg (zie hierboven). Eén van de suggesties die gedaan zijn om de Hubble spanning op te lossen is te kijken naar mogelijke meetfouten bij één van de twee kampen en één van de potentiële achilleshielen van de kosmische afstandsladder leken de Cepheïden te zijn, veranderlijke sterren waarvan Henrietta Leavitt al in 1908 ontdekte dat er een verband is tussen de periode van veranderlijkheid en de werkelijke lichtkracht van de ster. Weet je de schijnbare helderheid van een Cepheïde en dankzij de periode ook de werkelijke helderheid dan kan je gemakkelijk de afstand berekenen en dan kan je vervolgens middels z’n roodverschuiving de snelheid van ons af berekenen én daarmee de uitdijingssnelheid van het heelal. Edwin Hubble gebruikte eind van de jaren twintig in de vorige eeuw de Cepheïden in de Andromedanevel – toen was het nog een ‘nevel’ – om daarmee de afstand tot ons te meten en te ontdekken dat de nevel geen deel was van de Melkweg, maar een eigen sterrenstelsel was.

Eén van de helderste Cepheïden, RS Puppis. Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Hubble/Europe Collaboration; Acknowledgment: H. Bond (STScI and Penn State University)

De laatste jaren worden er vrafgen gesteld of de Cwepheïden echt wel als een ‘standaardkaars’ voor exacte afstandsbepaling kunnen worden gebruikt. Klopt de periode-lichtkracht relatie wel, zijn er geen factoren zoals een wisselende metalicciteit van de veranderlijke sterren die kunnen zorgen voor een variëteit in de relatie? Met de Hubble ruimtetelescoop was enkele jaren terug al eens geprobeerd de Cepheïden te bestuderen en te kijken of daarmee de Hubble spanning kon worden opgelost, maar dat bleek niet het geval.

Credit: NASA/ESA/CSA/J. Kan (STScI)

Recent heeft men het met de Webb ruimtetelescoop opnieuw gedaan en wel door meer dan duizend Cepheïden te bestuderen en te kijken of er mogelijk sprake is van ‘crowding’, dat wil zeggen dat ze zich in de andere sterrenstelsels wellicht bevinden temidden van andere sterren, wiens lichtkracht die van de nabijstaande Cepheïde kan beïnvloeden. Uitkomst: nee, de Cepheïden vormen met een statistische betrouwbaarheid van 8σ niet de achilleshiel van de kosmische afstandsladder, ze kunnen niet gebruikt worden om de Hubble spanning op te lossen. In de grafiek hierboven de uitkomsten van het onderzoek. Dit sluit allemaal aan bij eerder onderzoek met Webb naar meer dan 330 Cepheïden in de sterrenstelsels NGC 4258 en NGC 5584.

Meer informatie vind je in het vakartikel van Riess, Adam G., et al. “JWST Observations Reject Unrecognized Crowding of Cepheid Photometry as an Explanation for the Hubble Tension at 8 sigma Confidence”, ApJ Letters, accepted.

Bron: Koberlein.

Share

Comments

  1. Ik kwam dit per ongeluk tegen… waar ik als leek overigens geen ruk van begrijp…dat wel 😀
    https://www.astro.rug.nl/~weygaert/tim1publication/sk2009/werkcollege3.answers.pdf
    Ik zie op P21 dat men simpelweg de massa van het neutron en proton in het vroege heelal voor het gemak als identiek aanneemt om daaruit de H0 uit de CMB data te berekenen…. zou dit een verkeerde aanname zijn en het verschil berusten op deze massa verschillen?

    • Een neutron is iets van 0,14% zwaarder dan een proton. 10^25 Neutronen zijn dan ook 0,14% zwaarder dan 10^25 protonen (willekeurig groot getal). H0, indien berekend met waarnemingen, is ongeveer 9% meer dan de voorspelde waarde.

      Dat ga je niet verklaren met zo’n klein verschil in massa. Komt nog bij dat baryonische materie maar iets van 5% van de totale massa-energie-inhoud van het heelal is, dus dat heeft allemaal samen al een erg klein effect, laat staan als je het massaverschil tussen protonen en neutronen isoleert om het effect ervan beter te duiden. Ik denk dat de foutmarges vele malen groter zijn dan het verschil in uitkomst.

      Maar eh, je kwam dit ‘per ongeluk’ tegen? Huh.

      • Ok June, dan zoek ik verder :-D. We moeten dit probleem samen snel oplossen voordat Arie het niet meer trekt… Eh, Ik neem aan dat de kromming van het heelal door DM en baryonische massa geen effect heeft op de definitie van een parsec….Ik kom tegenwoordig van alles per ongeluk tegen met Google.

Speak Your Mind

*