In een epische kosmologische botsing beginnen rivaliserende wetenschappers een gemeenschappelijke basis te vinden

Nieuwe artikelen gepubliceerd door twee centrale spelers wekken de hoop dat aanvullende waarnemingen van bepaalde soorten sterren en supernova’s met de James Webb Space Telescope, of JWST, de vraag kunnen oplossen of de discrepantie voor eens en voor altijd reëel is.

De twee teams zijn het er niet over eens of die spanning überhaupt bestaat. Eén team zegt dat er geen sterk bewijs is voor de Hubble-spanning op basis van de JWST-gegevens. Maar een andere groep zegt dat de JWST-gegevens het argument versterken dat de twee soorten metingen met elkaar in conflict zijn. ‘Ik ben zelfs nog meer geïntrigeerd door de Hubble-spanning’, zegt kosmoloog Adam Rees van de Johns Hopkins University, een van de teamleiders.

De verschillende kampen komen elkaar uiteindelijk tegen op één deel van hun metingen: de afstanden tot nabijgelegen sterrenstelsels, die nodig zijn om de uitdijingssnelheid van het heelal af te leiden uit supernova’s. “Dit is echt nieuw: we zijn het eens over afstanden, en dat is een echte doorbraak”, zegt kosmoloog Wendy Freedman van de Universiteit van Chicago, die het tweede team leidt.

‘Als je me tien jaar geleden had verteld dat dit allemaal op dit niveau zou kloppen, zou ik op en neer zijn gesprongen’, zegt kosmoloog Daniel Scolnic van Duke University, lid van het team van Riess.

De overeenkomst geeft wetenschappers hernieuwd vertrouwen dat het al lang bestaande geschil bijna is opgelost. “Ik ben behoorlijk optimistisch dat we de problemen waar we het nu over hebben de komende jaren kunnen oplossen”, zegt Freedman.

Consensus bereiken over afstanden

De wetenschappelijke theorie van het universum, het standaard kosmologische model genoemd, is grotendeels gebaseerd op onbekende factoren. Donkere materie, de stof die onzichtbare massa aan sterrenstelsels toevoegt, is nog nooit rechtstreeks gedetecteerd. En ook donkere energie, het fenomeen dat ervoor zorgt dat het heelal uitdijt, is een groot vraagteken. Maar het model bleek buitengewoon succesvol in het beschrijven van de kosmos.

Beginnend met het eeuwenoude licht van de kosmische microgolfachtergrond kunnen wetenschappers het standaard kosmologische model gebruiken om de huidige expansiesnelheid te bepalen. Deze techniek laat zien dat de ruimte zich uitbreidt met een snelheid van 67 kilometer per seconde per megaparsec. (Eén megaparsec is ongeveer 3 miljoen lichtjaar.)

Maar metingen van supernova’s door Riess en zijn collega’s schatten het getal op ongeveer 73 km/s/Mpc, waardoor de twee resultaten direct met elkaar in conflict komen. Dit zou erop kunnen wijzen dat er iets mis is met het standaard kosmologische model.

Om de snelheid van uitdijing met behulp van de supernovatechniek te bepalen, moeten kosmologen de afstanden tot veel verre supernova’s meten. Dit vereist een techniek die afstandsladdering wordt genoemd, om afstanden in de buurt te vertalen naar afstanden die verder weg zijn.

Van bijzonder belang is de tweede trede van deze schaal, waar wetenschappers naar bepaalde soorten sterren kijken – meestal pulserende sterren die Cepheïden worden genoemd – om de afstanden te bepalen tot de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden, en tot supernova’s die in dezelfde sterrenstelsels hebben plaatsgevonden. . . Waarnemingen van deze sterren door JWST, die een betere resolutie heeft dan de Hubble-ruimtetelescoop, zouden fouten in de metingen voor die balk aan het licht kunnen brengen.

Naast Cepheïden gebruikten Freedman en collega’s nog twee andere soorten sterren om afstanden te meten. Met behulp van JWST-gegevens voor alle drie vinden Freedman en collega’s een expansiesnelheid van ongeveer 70 km/s/Mpc. Gezien de onzekerheden in de metingen ligt dat dicht genoeg bij het kosmische microgolfachtergrondnummer om natuurkundigen niet te dwingen de kosmos te heroverwegen, rapporteert het team in een artikel dat op 12 augustus is ingediend bij arXiv.org. Maar het sluit het bestaan ​​van de Hubble-spanning ook niet volledig uit. “We hebben meer gegevens nodig om de vraag definitief te beantwoorden”, zegt Freedman.

De drie technieken voor afstandsmeting waren over het algemeen met elkaar eens, zegt Freedman. Cepheid-metingen resulteren in een iets hogere waarde van de Hubble-constante dan de andere twee methoden, maar niet genoeg om te concluderen dat er iets mis is met de techniek. “Er is een verschuiving, maar de onzekerheden zijn zo groot dat je niet met zekerheid kunt zeggen: ‘Dit is hoe het zal aflopen'”, zegt Freedman.

Het constante Hubble-rumoer

Ondanks de overeenstemming over de afstanden verschillen de teams nog steeds van mening over de Hubble-constante. Dit kan te wijten zijn aan het kleine aantal metingen dat tot nu toe is gedaan met JWST, Riess, Scolnic en collega’s rapporteren in een artikel dat op 21 augustus op arXiv.org is ingediend. Als het team van Freedman verschillende sterrenstelsels had gekozen om met JWST te observeren, zouden ze een hogere waarde voor de Hubble-constante hebben verkregen, betoogde het team. (Geen van de artikelen is door vakgenoten beoordeeld en de resultaten kunnen bij nader onderzoek veranderen.)

Wetenschappers werken alleen met de eerste stukjes gegevens van JWST. Om de puzzel op te lossen, ‘is het beste wat we kunnen doen veel meer JWST-tijd gebruiken om de afstandsschaal te bestuderen’, zegt astronoom John Blakeslee van NOIRLAb in Tucson, Arizona, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Friedman wil blijven zoeken naar ongeïdentificeerde problemen die bekend staan ​​als systematische onzekerheden en die de schattingen van de Hubble-constante kunstmatig omhoog kunnen duwen. Eén punt van zorg is de verdringing: veel sterren zijn geclusterd op dezelfde plaats, waardoor metingen van Cepheid worden verstoord. Vorig jaar vond het team van Riess geen bewijs van drukte in de JWST-gegevens (SN: 28.9.23). Maar dat effect zou op grotere afstanden groter kunnen zijn dan tot nu toe met JWST is onderzocht, suggereert Freedman.

Als wetenschappers ontdekken dat verschillende afstandsmetingen niet overeenkomen, zegt kosmoloog Saul Perlmutter van de University of California, Berkeley, die niet bij het onderzoek betrokken was, ‘dan zou dit erop kunnen wijzen dat we de systematische onzekerheden nog moeten doorgronden. voordat we ons zorgen gaan maken over een groot probleem.” met een kosmologisch model.”

Maar veel natuurkundigen zijn wantrouwig tegenover de Hubble-spanning. Om te beginnen vonden verschillende andere methoden ook hoger dan verwachte expansiepercentages, zegt kosmoloog Eleonora Di Valentino van de Universiteit van Sheffield in Engeland, die niet bij het onderzoek betrokken was. “De Hubble-spanning is nog steeds erg robuust.”

‘Ik beschouw deze resultaten als ondersteuning van het feit dat we een verschil hebben tussen wat we verwachten van ons standaard kosmologische model en wat we zien op basis van deze metingen’, zegt kosmoloog Lloyd Knox van de Universiteit van Californië, Davis, die dat niet is. betrokken bij een van beide teams.

Het standaard kosmologische model, zo merkt hij op, berust op mysterieuze donkere energie en donkere materie. “Misschien is dit een aanwijzing over het donkere universum en moeten we er gewoon achter komen hoe we het moeten interpreteren.”