De Hubble-constante: wanneer het universum de kosmologie inhaalt
Freestetter’s wereld van formules: Wanneer het universum op kosmologie jaagt
Als de constante niet constant is, heb je een probleem. Als deze constante het hele universum zou moeten beschrijven, is het probleem heel groot.
Een enorme cluster van sterrenstelsels vervormt de verre eilanden van de wereld in langwerpige bogen.
We weten al sinds de jaren twintig dat ons heelal uitdijt. Dit gedrag kan uiteraard ook wiskundig worden beschreven met behulp van de volgende vergelijking:
Functie vrij) Het is een Hubble-parameter die de expansiesnelheid beschrijft. U kunt dit doen met behulp van een zogenaamde schaalfactor in) Bereken hoeveel ruimte in de loop van de tijd toeneemt. Zoals vermeld in de formule, is de Hubble-parameter afhankelijk van de tijd. Zet je in op? R Maar voer de tijd in die is verstreken sinds de oerknal, en dan krijg je een speciale waarde voor de Hubble-parameter: H0Dit wordt de ‘Hubble-constante’ genoemd, dat wil zeggen het huidige tempo van kosmische expansie.
Alle afleveringen van zijn wekelijkse column, die elke zondag verschijnt, vind je hier.
Tot nu toe is het alleen maar wiskunde geweest, maar we willen natuurlijk ook de tastbare waarde ervan H0 kennis. Je kunt het bijvoorbeeld meten als je de snelheid en afstand van verschillende sterrenstelsels bepaalt. Edwin Hubble, de ontdekker van de uitdijing van het heelal, berekende dit in 1929 op 500 kilometer per seconde per megaparsec. Betere metingen in de jaren vijftig waren ongeveer 250 kilometer per seconde per megaparsec en 180 kilometer per seconde per megaparsec. Dit is een zeer groot scala aan fluctuaties, maar dit kan in ieder geval worden toegeschreven aan de moeilijkheden bij het bepalen van de exacte afstand met behulp van de toenmalige telescooptechnologie.
We hebben nu niet alleen veel betere ruimtetelescopen, we hebben ook fundamenteel verschillende identificatiemethoden H0. Aan de ene kant kunnen we de afstand en snelheid van verre sterrenstelsels bepalen door supernova-explosies of speciale sterren te observeren waarvan de helderheidsveranderingen kunnen worden gebruikt om de afstand tot de aarde te berekenen. Aan de andere kant kunnen we nu ook kosmische achtergrondstraling meten. Simpel gezegd is dit het eerste licht dat zich ongeveer 400.000 jaar na de oerknal over het universum kon verspreiden. Uit de variaties die vandaag de dag gemeten kunnen worden in de intensiteit van de achtergrondstraling, kan men ook afleiden welke waarde de huidige expansiesnelheid moet hebben.
Hubble-probleem
Wanneer we de afstand en snelheid van sterrenstelsels bepalen, gebruiken we informatie die afkomstig is uit het late heelal; Bij het meten van achtergrondstraling gebruiken we gegevens uit het vroege heelal. In het eerste geval krijg je een waarde voor de Hubble-constante van ongeveer 73 kilometer per seconde per megaparsec. In het tweede geval krijg je een waarde van ongeveer 67 kilometer per seconde per megaparsec. Er is weinig verschil, zou je denken. In feite zijn de metingen zo nauwkeurig en precies dat het verschil in waarden niet alleen door onnauwkeurigheid kan worden verklaard. Gegevens uit het late universum leveren consequent lagere waarden op H0 dan die gevonden in het vroege heelal.
De discrepantie is in de loop van de tijd groter geworden: hoe beter onze gegevens worden, hoe duidelijker het wordt dat er iets mis is. Deze toestand is zo alarmerend dat het een eigen naam heeft gekregen: “Hubble-spanning”. Er zijn verschillende manieren om stress op te lossen. Het is natuurlijk mogelijk dat er op een bepaalde manier sprake is van een methodologische fout die we tot nu toe over het hoofd hebben gezien. Maar er zou ook een fundamenteel probleem kunnen bestaan in ons begrip van de evolutie van het universum.
Uiteindelijk zullen alleen betere gegevens ons helpen. De James Webb-ruimtetelescoop zal de komende jaren worden gebruikt om nauwkeurigere afstanden te bepalen; Tegelijkertijd worden er nauwkeurigere metingen van kosmische achtergrondstraling uitgevoerd. Het valt nog te bezien of we dan een compleet nieuw beeld van het universum zullen krijgen of dat we eenvoudigweg enkele eerder over het hoofd geziene fouten zullen ontdekken. Het belangrijkste is dat de Hubble-constante eindelijk een betrouwbare waarde heeft gekregen.
Sta Javascript toe om de volledige functionaliteit van Spektrum.de te behouden.