Verschillende methoden komen telkens met andere resultaten op de proppen. Zullen we het mysterie ooit oplossen?

Onderzoekers proberen al geruime tijd te achterhalen hoe snel ons universum uitdijt. Hiervoor gebruiken ze de hubbleconstante; de kosmologische parameter die de absolute schaal, grootte en leeftijd van het universum bepaalt. Het is een van de meest directe manieren om erachter te komen hoe het universum evolueert. Toch is dit moeilijker dan je misschien denkt. Want het lukt onderzoekers maar niet om de exacte waarde van de hubbleconstante te bepalen. In een nieuwe studie deden astronomen opnieuw een verwoede poging. Maar met dit onderzoek is de chaos in de kosmologie compleet.

Waarden
De hubbleconstante beschrijft de uitdijing van ons universum uitgedrukt in kilometers per seconde per megaparsec. Eén parsec komt overeen met een afstand van 3,26 lichtjaar. Hiermee kunnen astronomen dus de grootte en leeftijd van het universum en de afstanden tussen objecten achterhalen. Ondertussen hebben onderzoekers al meerdere manieren uitgeprobeerd om de hubbleconstante te meten. Een gangbare manier is door cepheïden (pulserende sterren) en supernova’s waar te nemen. Hieruit blijkt dat het universum met zo’n 74 kilometer per seconde per megaparsec uitdijt. Een andere manier is door metingen te verrichten van kosmische achtergrondstraling uit het vroege universum. En data van Planck over de kosmische achtergrondstraling onthult dat ons universum uitdijt met een snelheid van 67,4 kilometer per seconde per megaparsec. Recent hebben onderzoekers ook de versnelde uitdijing van het universum gemeten door middel van zwaartekrachtsgolven en door metingen te verrichten van rode dwergsterren. Dit resulteerde in een schatting van respectievelijk 70,3 kilometer per seconde per megaparsec en 69,8 kilometer per seconde per megaparsec.


Maakt het uit?
Je zou misschien zeggen dat een verschil van vijf of zes kilometer per seconde over zulke grote afstanden niet zoveel uitmaakt. Maar toch zijn zelfs deze kleine verschilletjes heel belangrijk voor astronomen. Het kan namelijk betekenen dat ons huidig standaard kosmologisch model – een serie voorspellingen gebaseerd op de natuurkundige processen die we doorgronden – niet klopt. Mogelijk is er dus sprake van ‘nieuwe fysica’ die ons huidige begrip van ons universum ver te boven gaat. Hieronder is ons huidige standaard kosmologisch model afgebeeld:

Afbeelding: Bicep2 collaboration/CERN/NASA

Nieuwe metingen
In de huidige studie probeerden onderzoekers wederom een methode uit om erachter te komen hoe snel ons universum werkelijk uitdijt. Hiervoor gebruikten ze de Hubble ruimtetelescoop in combinatie met de W. M. Keck Observatory in Hawaii. Vervolgens bestudeerden ze het effect dat de zwaartekracht van donkere materie heeft op drie, ver weg gelegen objecten. Onderzoekers noemen dat ook wel de zwaartekrachtslens. Hierbij buigt de zwaartekracht van donkere materie het licht van een object dat verder van de waarnemer verwijderd is, af. Door deze methode konden onderzoekers de hubbleconstante opnieuw schatten. En de bevindingen laten zien dat het universum met zo’n 76,8 kilometer per seconde per megaparsec uitdijt. Opvallend, want dit betekent dat het universum dus veel sneller groeit dan in alle eerdere studies gedacht. In 2017 berekende een onderzoeksteam ook al de hubbleconstante met behulp van vijf zwaartekrachtslenzen. En toen bleek dat het universum met 71,9 kilometer per seconde per megaparsec uitdijde.

Afbeeldingen van de objecten HE0435-1223 (links), PG1115+ 080 (midden), and RXJ1131-1231 (rechts). Deze werden gebruikt om nieuwe schattingen te maken van de hubbleconstante. Afbeelding: G. Chen, C. Fassnacht, UC Davis

Al met al lijken nieuwe metingen van de hubbleconstante de zaak alleen maar verwarrender te maken. Zeker nu wederom blijkt dat verschillende experimenten met andere resultaten op de proppen komen. Onderzoekers hadden verwacht dat naarmate methoden en schattingen beter werden, het verschil op den duur wel zou verdwijnen. Maar daarentegen lijken de verschillen juist steeds robuuster te worden. “Hierin ligt de crisis in de kosmologie,” zegt onderzoeker Chris Fassnachts. “Terwijl de hubbleconstante overal op een bepaald moment in de ruimte constant is, is hij niet constant in tijd.” Volgens de onderzoekers zouden we daarom op de een of andere manier het standaardmodel moeten wijzingen om de discrepantie te corrigeren. Maar hoe? “Als we proberen een theorie te bedenken, moet deze alles in één keer kunnen verklaren,” zegt onderzoeker Geoff Chen. Het uitdijende universum zal de gemoederen de komende tijd dus nog wel bezig houden. Maar de hoop is dat we ooit dit grote mysterie uit de wereld kunnen helpen. En misschien lukt dat al wel binnen tien jaar.