De James Webb-telescoop heeft mogelijk eindelijk de crisis in de kosmologie opgelost

Een analytisch onderzoek uitgevoerd door de Universiteit van Chicago om de uitdijingssnelheid van het universum te meten, concludeerde dat er misschien niet zoiets bestaat als ‘Hubble-spanning’.

De ‘crisis in de kosmologie’, aangewakkerd door verschillende metingen van de uitdijing van het universum, zou bijna opgelost kunnen zijn dankzij… James Webb-ruimtetelescoopNieuwe gegevens geanalyseerd door wetenschappers suggereren dat Hubble-turbulentie misschien niet zo intens is als eerder werd gedacht. Dit zou kunnen betekenen dat ons huidige model van het universum accuraat blijft.

Discussie over de uitdijingssnelheid van het heelal

We weten veel over ons universum, maar astronomen debatteren nog steeds over de snelheid waarmee het uitdijt. De afgelopen twintig jaar hebben de twee belangrijkste manieren om dit getal te meten – bekend als de constante van Hubble – verschillende antwoorden opgeleverd, waardoor sommigen zich hebben afgevraagd of er iets ontbreekt in ons model van hoe het universum werkt.

Nieuwe inzichten van de James Webb-ruimtetelescoop

Maar nieuwe metingen door de krachtige James Webb-ruimtetelescoop suggereren dat er misschien toch geen sprake is van een conflict, ook wel bekend als ‘Hubble-spanning’.

In een paper ingediend bij Astrofysisch tijdschrift, Universiteit van Chicago Kosmoloog Wendy Friedman en haar collega’s analyseerden de nieuwe gegevens die werden verzameld door NASAWetenschappers zijn erin geslaagd de afstand tot tien nabijgelegen sterrenstelsels te meten met behulp van de krachtige James Webb-ruimtetelescoop, en hebben ook een nieuwe waarde kunnen meten voor de huidige uitdijingssnelheid van het universum.

Gemeten bij 70 kilometer per seconde per megaparsecoverlapt met de andere hoofdmethode van de Hubble-constante.

“Gebaseerd op deze nieuwe gegevens van de James Webb Telescope en met behulp van drie onafhankelijke methoden, vinden we geen sterk bewijs voor het bestaan ​​van Hubble-spanning”, zegt Friedman, een gerenommeerd astronoom en hoogleraar astronomie en astrofysica aan de Universiteit van Chicago Ons standaard kosmologische model lijkt de evolutie van het universum te verklaren: het is standvastig.”

Hubble-stress?

We weten dat het heelal in de loop van de tijd uitdijt sinds 1929, toen Edwin Hubble (afgestudeerd aan de Universiteit van Chicago, 1917, Ph.D.) metingen deed aan sterren die aangaven dat sterrenstelsels verder van de aarde zich sneller van de aarde verwijderden dan nabijgelegen sterrenstelsels. . Maar het is verrassend moeilijk om een ​​exact cijfer te geven over hoe snel het universum op dit moment uitdijt.

Dit getal, bekend als de constante van Hubble, is essentieel voor het begrijpen van het achtergrondverhaal van het universum. Het is een fundamenteel onderdeel van ons model van hoe het universum in de loop van de tijd evolueert.

“Het bevestigen van de realiteit van de constante tensor van Hubble zal grote gevolgen hebben voor de fundamentele natuurkunde en de moderne kosmologie”, legt Friedman uit.

Verschillende manieren van meten

Gezien het belang en de moeilijkheid van het uitvoeren van deze metingen, testen wetenschappers ze met verschillende methoden om er zeker van te zijn dat ze zo nauwkeurig mogelijk zijn.

Een belangrijke aanpak omvat het bestuderen van restlicht uit het zog Grote knalbekend als de kosmische microgolfachtergrond. De huidige beste schatting van de Hubble-constante met deze methode, die zeer nauwkeurig is, is 67,4 kilometer per seconde per megaparsec.

De tweede belangrijke methode, waarin Friedman gespecialiseerd is, is het direct meten van de uitdijing van sterrenstelsels in onze lokale kosmische omgeving, met behulp van sterren waarvan we de helderheid kennen. Net zoals autolichten zwakker lijken als ze ver weg zijn, lijken sterren op steeds grotere afstanden zwakker. Door de afstanden en snelheden te meten waarmee sterrenstelsels van ons af bewegen, kunnen we afleiden hoe snel het heelal uitdijt.

In het verleden hebben metingen op deze manier een hoger getal opgeleverd voor de Hubble-constante: dichter bij 74 kilometer per seconde per megaparsec.

Hubble spanningspuzzel

Dit verschil is zo groot dat sommige wetenschappers speculeren dat er misschien iets belangrijks ontbreekt in ons standaardmodel van de evolutie van het universum. Omdat de ene methode bijvoorbeeld naar de begindagen van het universum kijkt en de andere naar het huidige tijdperk, kan er in de loop van de tijd iets groots in het universum zijn veranderd. Deze schijnbare discrepantie is bekend geworden als ‘Hubble-spanning’.

Betreed de James Webb-ruimtetelescoop

De James Webb Space Telescope, of JWST, biedt de mensheid een krachtig nieuw hulpmiddel om diep in de ruimte te kijken. De in 2021 gelanceerde opvolger van de Hubble-telescoop heeft verbluffend scherpe beelden vastgelegd, nieuwe aspecten van verre werelden onthuld, ongekende gegevens verzameld en nieuwe vensters op het universum geopend.

Friedman en haar collega’s gebruikten de telescoop om metingen uit te voeren aan tien nabijgelegen sterrenstelsels die de basis vormen voor het meten van de uitdijingssnelheid van het universum.

Om hun resultaten te verifiëren, gebruikten ze drie onafhankelijke methoden. De eerste methode maakt gebruik van een type ster dat bekend staat als een Cepheid-variabele ster, waarvan de helderheid in de loop van de tijd voorspelbaar verandert. De tweede methode staat bekend als het ‘topje van de rode reuzentak’ en maakt gebruik van het feit dat sterren met een lage massa een vaste bovengrens voor hun helderheid bereiken. De derde en meest recente methode maakt gebruik van een type ster genaamd koolstofsterren, die constante kleuren en helderheid hebben in het nabij-infrarode lichtspectrum. De nieuwe analyse is de eerste die alle drie de methoden tegelijkertijd gebruikt, binnen dezelfde sterrenstelsels.

Herevaluatie van de Hubble-constante

In elk geval lagen de waarden binnen de foutmarge van de waarde gegeven door de kosmische microgolfachtergrondmethode van 67,4 kilometer per seconde per megaparsec.

“Het verkrijgen van goede overeenstemming tussen drie zeer verschillende soorten sterren is voor ons een sterke indicator dat we op de goede weg zijn”, aldus Friedman.

“Toekomstige waarnemingen met de James Webb-telescoop zullen cruciaal zijn voor het bevestigen of weerleggen van de Hubble-tensor en het beoordelen van de implicaties voor de kosmologie”, zegt Barry Madore, co-auteur van het onderzoek aan de Universiteit van British Columbia. Carnegie Stichting voor Wetenschap en gastfaculteit aan de Universiteit van Chicago.

Referentie: “Chicago-Carnegie Hubble Program (CCHP) Statusrapport: drie onafhankelijke astrofysische schattingen van de Hubble-constante met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop” door Wendy L. Friedman en Barry F. Madore, In-Sung Jang en Taylor J. Hoyt en Abigail J. Lee, Kayla A. Owens, 12 augustus 2024, Astrofysica > Kosmologie en niet-galactische astrofysica.
arXiv:2408.06153

Andere co-auteurs van dit artikel waren UChicago-onderzoeker In Sung Jang, Taylor Hoyt (Ph.D. ’22, nu bij Lawrence Berkeley National Laboratory) en UChicago-studenten Kayla Owens en Abby Lee.

Financiering: NASA.