Het mysterie van het uitdeiende heelal uitgediept met nieuwe data | Natur

Een langverwachte kaart van de nagloeiing van de oerknal levert geen discussie op over hoe snel het universum uitdijt.

Een nieuwe kaart van het vroege heelal heeft een langlopend raadsel in de astronomie versterkt over hoe snel de kosmos zich uitbreidt. De gegevens – verzameld met een telescoop in de Atacama-woestijn in Chili – ondersteunen eerdere schattingen van de leeftijd, geometrie en evolutie van het universum. Maar de bevindingen botsen met metingen van hoe snel sterrenstelsels uit elkaar vliegen en voorspellen dat het heelal zich aanzienlijk sneller zou moeten uitbreiden dan momenteel wordt waargenomen.

Een deel van de nieuwe kaart van de kosmische achtergrondstraling van het heelal, die een gebied van 20 miljard lichtjaar in doorsnede vertegenwoordigt. tegoed: ACT-samenwerking.

(Lees hierna de vertaling van het Engelse artikel)


— Lees op het originele artikel op Nature.com

Een artikel van Davide Castelvecchi


Een nieuwe kaart van het vroege heelal heeft een langlopend raadsel in de astronomie versterkt over hoe snel de kosmos zich uitbreidt. De gegevens – verzameld met een telescoop in de Atacama-woestijn in Chili – ondersteunen eerdere schattingen van de leeftijd, geometrie en evolutie van het universum. Maar de bevindingen botsen met metingen van hoe snel sterrenstelsels uit elkaar vliegen en voorspellen dat het heelal zich aanzienlijk sneller zou moeten uitbreiden dan momenteel wordt waargenomen.

De Atacama Cosmology Telescope (ACT) bracht de kosmische microgolfachtergrond (CMB) in kaart, de straling ‘nagloed’ van de oerknal. De bevindingen, gebaseerd op gegevens ( https://act.princeton.edu/publications )verzameld van 2013 tot 2016, werden op 15 juli geplaatst in twee preprints op de arXiv-repository.

CMB-straling komt uit alle richtingen van de ruimte, maar is niet perfect uniform: de variaties aan de hemel laten zien dat regio’s van het vroege heelal enigszins verschilden in temperatuur, met minder dan 0,03 kelvin. In de afgelopen twee decennia hebben kosmologen die kleine variaties gebruikt – samen met een gevestigde theorie die ze het standaardmodel noemen – om enkele van de belangrijkste kenmerken van de structuur en evolutie van het universum te berekenen, inclusief de leeftijd en de dichtheid van materie

Kosmologen gebruiken de variaties ook om de snelheid te voorspellen waarmee het heelal momenteel uitdijt, een maat die bekend staat als de Hubble-constante naar de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble.

De Planck-telescoop van de European Space Agency bracht de hele CMB-hemel in kaart tussen 2009 en 2013 met een ongekende precisie, en zijn waarnemingen worden beschouwd als de gouden standaard van de CMB-kosmologie. De ACT-gegevens bevestigen nu de bevindingen van Planck en produceren een zeer vergelijkbare waarde voor de Hubble-constante.

Maar geen van beide resultaten komt overeen met directe metingen van de Hubble-constante – een verschil dat bekend is geworden als de Hubble-constante spanning. Astronomen die de helderheid van bepaalde soorten sterren en supernova-explosies, gezamenlijk standaardkaarsen genoemd, gebruiken om de uitzettingssnelheid te berekenen, ontdekken dat sterrenstelsels ongeveer 10% sneller van elkaar wegrennen dan de CMB-kaarten voorspellen.

Veel onderzoekers hadden gehoopt dat de kloof kleiner zou worden naarmate de technieken nauwkeuriger werden. In plaats daarvan hebben de versmalling van de foutbalken voor elk type onderzoek de inconsistentie alleen maar groter gemaakt.

The Atacama Cosmology Telescope.Credit: Debra Kellner

De ACT is het eerste CMB-experiment op de grond dat de resultaten van Planck in twijfel had kunnen trekken, zegt Erminia Calabrese, een kosmoloog aan de Cardiff University, VK, die de analyse van de gegevens leidde. Het ontwerp en de locatie van de telescoop, net binnen de tropen, stelt hem in staat om meer van de CMB-hemel in kaart te brengen dan andere op de grond gebaseerde of ballongebaseerde telescopen, die doorgaans beperkt zijn tot kleinere regio’s.

Het in kaart brengen van de lucht op grote schaal is cruciaal voor het berekenen van de belangrijkste parameters van kosmische expansie, zegt Calabrese. Een andere kracht van de ACT was dat een upgrade in 2013 het mogelijk maakte om de polarisatie van de CMB-straling nauwkeurig te meten, zegt hoofdonderzoeker Suzanne Staggs van de Princeton University in New Jersey. Polarisatie-gegevens laten zien hoe sterrenstelsels op de voorgrond van invloed zijn op hoe de CMB reist, en helpen om de kosmologische metingen nauwkeuriger te maken.

Voor het eerst hebben we twee datasets onafhankelijk en met voldoende precisie gemeten om een vergelijking te maken ”, zegt Calabrese. Ze was ook lid van het Planck-team en zei dat het een opluchting was om te ontdekken dat de voorspellingen van de Hubble-constante van de twee experimenten binnen 0,3% uitkwamen.

Deze overeenkomst tussen ACT en Planck op de Hubble-constante is “een werkelijk belangrijke mijlpaal”, zegt Paul Steinhardt, een theoretisch natuurkundige aan de Princeton University. “Ik ben erg onder de indruk van de kwaliteit van de nieuwe gegevens en hun analyse”, voegt hij eraan toe.

“Het is altijd goed om onafhankelijke controles te hebben, en ik denk dat dit het echt biedt”, zegt Wendy Freedman, astronoom aan de Universiteit van Chicago in Illinois en een standaard-kaars pionier. Adam Riess, een astronoom aan de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, die veel van het baanbrekende werk op het gebied van standaardkaarsen heeft geleid, zegt dat de overeenkomst van ACT-gegevens met Planck ‘geruststellend’ is en ‘een bewijs van de kwaliteit van de onderzoekers’ ‘werk en voorzichtigheid’.

Maar de spanning op de Hubble-constante blijft bestaan. Technieken die door verschillende teams zijn ontwikkeld, waaronder een onder leiding van Freedman, kunnen helpen om dit op te lossen. Steinhardt denkt dat de metingen uiteindelijk zullen convergeren naarmate experimentalisten hun methoden perfectioneren.

Maar Riess zegt dat misschien het standaardmodel van de kosmologie in plaats daarvan verkeerd is. “Mijn gevoel is dat er iets interessants aan de hand is.”

References

Naess, S. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2007.07290 (2020).

Choi, S. K. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2007.07289 (2020).


Geef een reactie