Deze grafiek illustreert de Cepheid periode-helderheid relatie, die wetenschappers gebruiken om de grootte, leeftijd en expansiesnelheid van het heelal te berekenen. Krediet: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Hoe snel breidt ons universum uit? In de afgelopen decennia zijn er verschillende schattingen gebruikt en verhitte debatten over die benaderingen, maar nu hebben gegevens van de Spitzer-ruimtetelescoop de meest nauwkeurige meting tot nu toe opgeleverd van de Hubble-constante, of de snelheid waarmee ons universum uit elkaar strekt. Het resultaat? Het heelal wordt iets sneller groter dan eerder werd gedacht.
De nieuw verfijnde waarde voor de Hubble-constante is 74,3 plus of minus 2,1 kilometer per seconde per megaparsec.
De meest eerdere schatting kwam uit een onderzoek van de Hubble-ruimtetelescoop, met 74,2 plus of min 3,6 kilometer per seconde per megaparsec. Een megaparsec is ongeveer 3 miljoen lichtjaar.
Om de nieuwe metingen te doen, keken Spitzer-wetenschappers naar pulserende sterren die cefied-variabele sterren worden genoemd, en profiteerden van het feit dat ze konden worden waargenomen in infrarood licht met een lange golflengte. Bovendien werden de bevindingen gecombineerd met eerder gepubliceerde gegevens van NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) over donkere energie. De nieuwe bepaling brengt de onzekerheid terug tot 3 procent, een gigantische sprong in nauwkeurigheid voor kosmologische metingen, zeggen wetenschappers.
WMAP heeft een onafhankelijke meting van donkere energie verkregen, waarvan wordt gedacht dat het een strijd tegen de zwaartekracht wint en het weefsel van het universum uit elkaar trekt. Onderzoek gebaseerd op deze versnelling leverde onderzoekers de Nobelprijs voor natuurkunde 2011 op.
De Hubble-constante is genoemd naar de astronoom Edwin P. Hubble, die de wereld in de jaren twintig verbaasde door te bevestigen dat ons universum zich heeft uitgebreid sinds het explodeerde tot 13,7 miljard jaar geleden. Eind jaren negentig ontdekten astronomen dat de expansie in de loop van de tijd versnelt of versnelt. Het bepalen van de uitbreidingssnelheid is van cruciaal belang voor het begrijpen van de leeftijd en grootte van het universum.
'Dit is een enorme puzzel', zei de hoofdauteur van de nieuwe studie, Wendy Freedman van de Observatories van het Carnegie Institute for Science in Pasadena. "Het is opwindend dat we Spitzer konden gebruiken om fundamentele problemen in de kosmologie aan te pakken: de precieze snelheid waarmee het universum zich momenteel uitbreidt, en om de hoeveelheid donkere energie in het universum vanuit een andere hoek te meten." Freedman leidde de baanbrekende Hubble-ruimtetelescoopstudie die eerder de Hubble-constante had gemeten.
Glenn Wahlgren, programmawetenschapper van Spitzer op het hoofdkantoor van NASA in Washington, zei dat de betere kijk op cepheids Spitzer in staat stelde om eerdere metingen van de Hubble-constante te verbeteren.
"Deze pulserende sterren zijn vitale sporten in wat astronomen de kosmische afstandsladder noemen: een reeks objecten met bekende afstanden die, in combinatie met de snelheden waarmee de objecten van ons weggaan, de uitzettingssnelheid van het universum onthullen," zei Wahlgren.
Cepheids zijn cruciaal voor de berekeningen omdat hun afstanden tot de aarde gemakkelijk kunnen worden gemeten. In 1908 ontdekte Henrietta Leavitt dat deze sterren pulseren met een snelheid die direct verband houdt met hun intrinsieke helderheid.
Om te visualiseren waarom dit belangrijk is, stel je voor dat iemand van je wegloopt terwijl je een kaars draagt. Hoe verder de kaars reisde, hoe meer hij zou dimmen. De schijnbare helderheid zou de afstand onthullen. Hetzelfde principe is van toepassing op cepheids, standaardkaarsen in onze kosmos. Door te meten hoe helder ze aan de hemel verschijnen en dit te vergelijken met hun bekende helderheid alsof ze van dichtbij zijn, kunnen astronomen hun afstand tot de aarde berekenen.
Spitzer observeerde 10 cepheids in ons eigen Melkwegstelsel en 80 in een nabijgelegen naburig sterrenstelsel genaamd de Grote Magelhaense Wolk. Zonder dat het kosmische stof hun zicht blokkeerde, kon het Spitzer-onderzoeksteam nauwkeurigere metingen doen van de schijnbare helderheid van de sterren en dus van hun afstanden. Deze gegevens maakten de weg vrij voor een nieuwe en verbeterde schatting van de uitbreidingssnelheid van ons universum.
"Iets meer dan een decennium geleden was het niet mogelijk om de woorden‘ precisie ’en‘ kosmologie ’in dezelfde zin te gebruiken, en de omvang en ouderdom van het universum waren niet beter dan een factor twee," zei Freedman. 'Nu hebben we het over een nauwkeurigheid van enkele procenten. Het is heel bijzonder. '
"Spitzer doet wederom meer dan waarvoor het bedoeld is", zegt projectwetenschapper Michael Werner van het Jet Propulsion Laboratory van NASA. Werner heeft aan de missie gewerkt sinds de vroege conceptfase meer dan 30 jaar geleden. "Ten eerste verraste Spitzer ons met zijn baanbrekende vermogen om exoplaneetatmosferen te bestuderen", zei Werner, "en nu, in de latere jaren van de missie, is het een waardevol instrument voor kosmologie geworden."
De studie verschijnt in het Astrophysical Journal.
Paper on arXiv: A Mid-Infrared Calibration of the Hubble Constant
Bron: JPL
