De naam "donkere energie" is slechts een tijdelijke aanduiding voor de kracht - wat het ook is - die ervoor zorgt dat het universum uitzet. Nieuwe waarnemingen van verschillende Cepheid-variabele sterren door de Hubble-ruimtetelescoop hebben de meting van de huidige uitdijingssnelheid van het heelal verfijnd tot een precisie waarbij de fout kleiner is dan vijf procent. De nieuwe waarde voor het uitzettingspercentage, bekend als de Hubble-constante, of H0 (naar Edwin Hubble die bijna een eeuw geleden voor het eerst de uitzetting van het heelal heeft gemeten), is 74,2 kilometer per seconde per megaparsec (foutmarge van ± 3,6). De resultaten komen nauw overeen met een eerdere meting verkregen uit Hubble van 72 ± 8 km / sec / megaparsec, maar zijn nu meer dan twee keer zo nauwkeurig.
De Hubble-meting, uitgevoerd door het SHOES (Supernova H0 for the Equation of State) Team en geleid door Adam Riess, van het Space Telescope Science Institute en de Johns Hopkins University, gebruikt een aantal verfijningen om de constructie van een kosmische stroomlijning te versterken en te versterken 'Afstandsladder', een miljard lichtjaar lang, die astronomen gebruiken om de uitdijingssnelheid van het universum te bepalen.
Hubble-waarnemingen van de pulserende Cepheid-variabelen in een nabijgelegen kosmische mijlmarker, het sterrenstelsel NGC 4258, en in de gaststelsels van recente supernova's, verbinden deze afstandsindicatoren rechtstreeks met elkaar. Het gebruik van Hubble om deze sporten in de ladder te overbruggen, elimineerde de systematische fouten die bijna onvermijdelijk zijn ontstaan door metingen van verschillende telescopen te vergelijken.
Riess legt de nieuwe techniek uit: "Het is net als het meten van een gebouw met een lang meetlint in plaats van het over elkaar heen verplaatsen van een meetstok. U vermijdt de kleine fouten die u maakt elke keer dat u de maatstaf beweegt. Hoe hoger het gebouw, hoe groter de fout. '
Lucas Macri, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan Texas A&M, en een belangrijke bijdrage aan de resultaten, zei: “Cepheids vormen de ruggengraat van de afstandsladder omdat hun pulsatieperioden, die gemakkelijk te observeren zijn, direct correleren met hun helderheid. Een andere verfijning van onze ladder is het feit dat we de Cepheids hebben waargenomen in de nabij-infrarode delen van het elektromagnetische spectrum waar deze variabele sterren betere afstandsindicatoren zijn dan bij optische golflengten. ”
Deze nieuwe, nauwkeurigere waarde van de Hubble-constante werd gebruikt om de eigenschappen van donkere energie, de vorm van energie die een afstotende kracht in de ruimte produceert, te testen en te beperken, waardoor de uitdijingssnelheid van het heelal versnelt.
Door de expansiegeschiedenis van het universum tussen vandaag en toen het universum nog maar ongeveer 380.000 jaar oud was, vast te leggen, konden de astronomen grenzen stellen aan de aard van de donkere energie die de expansie versnelt. (De meting voor het verre, vroege universum is afgeleid van fluctuaties in de kosmische microgolfachtergrond, zoals opgelost door NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP, in 2003.)
Hun resultaat komt overeen met de eenvoudigste interpretatie van donkere energie: dat het wiskundig equivalent is aan de veronderstelde kosmologische constante van Albert Einstein, een eeuw geleden geïntroduceerd om het weefsel van de ruimte te duwen en te voorkomen dat het universum instort onder de zwaartekracht. (Einstein verwijderde echter de constante zodra Edwin Hubble de uitbreiding van het universum ontdekte.)
'Als je alle donkere dingen in een doos zou kunnen doen verschillen van de kosmologische constante, zou die doos nu drie keer kleiner zijn', zegt Riess. "Dat is vooruitgang, maar we hebben nog een lange weg te gaan om de aard van donkere energie vast te stellen."
Hoewel de kosmologische constante lang geleden werd bedacht, kwam er pas 11 jaar geleden observationeel bewijs voor donkere energie, toen twee studies, één onder leiding van Riess en Brian Schmidt van Mount Stromlo Observatory, en de andere door Saul Perlmutter van Lawrence Berkeley National Laboratory, ontdekte donkere energie onafhankelijk, gedeeltelijk met Hubble-waarnemingen. Sindsdien hebben astronomen observaties uitgevoerd om donkere energie beter te karakteriseren.
Riess benadering om alternatieve verklaringen voor donkere energie te verkleinen - of het nu een statische kosmologische constante is of een dynamisch veld (zoals de afstotende kracht die de inflatie na de oerknal veroorzaakte) - is om de metingen van de uitbreidingsgeschiedenis van het universum verder te verfijnen.
Voordat Hubble in 1990 werd gelanceerd, varieerden de schattingen van de Hubble-constante met een factor twee. Eind jaren negentig verfijnde het Hubble Space Telescope Key Project op de Extragalactic Distance Scale de waarde van de Hubble-constante tot een fout van slechts ongeveer tien procent. Dit werd bereikt door Cepheid-variabelen op optische golflengten te observeren tot grotere afstanden dan eerder verkregen en deze te vergelijken met vergelijkbare metingen van telescopen op de grond.
Het SHOES-team gebruikte Hubble's Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) en de Advanced Camera for Surveys (ACS) om 240 Cepheid-variabele sterren in zeven sterrenstelsels te observeren. Een van deze sterrenstelsels was NGC 4258, waarvan de afstand zeer nauwkeurig werd bepaald door middel van waarnemingen met radiotelescopen. De andere zes sterrenstelsels hebben onlangs Type Ia-supernova's gehost die betrouwbare afstandsindicatoren zijn voor nog meer metingen in het heelal. Supernovae van type I exploderen allemaal met bijna dezelfde hoeveelheid energie en hebben daarom bijna dezelfde intrinsieke helderheid.
Door Cepheids te observeren met zeer vergelijkbare eigenschappen bij nabij-infrarode golflengten in alle zeven sterrenstelsels, en met dezelfde telescoop en hetzelfde instrument, was het team in staat om de helderheid van supernovae nauwkeuriger te kalibreren. Met de krachtige mogelijkheden van Hubble kon het team enkele van de meest trillende sporten langs de vorige afstandsladder omzeilen, wat onzekerheden in het gedrag van Cepheids betekende.
Riess zou uiteindelijk graag zien dat de constante van Hubble verfijnd wordt tot een waarde met een fout van niet meer dan één procent, om nog strengere beperkingen op te leggen aan oplossingen voor donkere energie.
Bron: Space Telescope Science Institute
