Nieuwe methode om de Hubble Constante te bepalen
De Hubble Constante meet de huidige uitdijingssnelheid van het heelal en speelt een fundamentele rol in de kosmologie. De Hubble Constante kan namelijk gebruikt worden voor het bepalen van de grootte en de leeftijd van het heelal. Daarnaast speelt de Hubble Constante een belangrijke rol bij het interpreteren van waarnemingen van kosmische objecten. Een internationaal team van astronomen heeft een combinatie van zwaartekrachtgolven en radiowaarnemingen van GW170817, een samensmelting van twee neutronensterren die in 2017 werd gedetecteerd, gebruikt voor het bepalen van een nauwkeurigere waarde voor de Hubble Constante.
De twee leidende methodes om de Hubble Constante te bepalen zijn gebaseerd op de kosmische achtergrondstraling, een overblijfsel van de Oerknal, of type I supernova’s. Deze twee methodes geven echter een verschillend resultaat.
De samensmelting van een neutronenster geeft astronomen een nieuwe manier om de Hubble Constante te bepalen en hopelijk lost deze methode het probleem op. Aldus dr. Kunal Mooley, astronoom bij het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en Caltech.
De nieuwe techniek is vergelijkbaar met de techniek die gebruik maakt van supernova explosies.
Men neemt aan dat alle type I supernovae een intrinsieke helderheid hebben die berekend kan worden met behulp van de snelheid waar mee ze helder worden en weer afzwakken. Door vanaf de Aarde de helderheid te bepalen kan men dan de afstand tot de supernova berekenen.
Door het bepalen van de Dopplerverschuiving van het licht van het sterrenstelsel waarin de supernova plaatsvond kan men berekenen hoe snel het stelsel zich van de Aarde verwijderd. De snelheid gedeeld door de afstand levert de Hubble Constante op.
Om die nauwkeurig te berekenen moeten er veel metingen gedaan worden op verschillende afstanden.
Als twee zware neutronen sterren botsen produceren ze een explosie en een uitbarsting van zwaartekrachtgolven. De vorm van die zwaartekrachtgolven vertelt astronomen hoe helder de uitbarsting van die zwaartekrachtgolven was.
Door het bepalen van de helderheid oftewel de intensiteit van de zwaartekrachtgolven als ze de Aarde bereiken kan men de afstand berekenen.
Volgens astronomen is het een volledig onafhankelijke meetmethode waarvan men hoopt dat die de echte waarde voor de Hubble Constante kan opleveren.
Maar er is echter wel nog een probleem. De intensiteit van de zwaartekrachtgolven varieert met hun richting ten opzichte van het baanvlak van de twee neutronensterren. De zwaartekrachtgolven zijn sterker in de richting die haaks op het baanvlak staat en zwakker als het baanvlak in de richting van de Aarde wijst.
Om zwaartekrachtgolven te kunnen gebruiken voor het bepalen van de afstand moet dus de oriëntatie bekend zijn.
Tijdens een periode van verschillende maanden maakten astronomen gebruik van radiotelescopen om de beweging van een supersnelle straalstroom van materie te meten die vrijkwam tijdens de GW170817 gebeurtenis.
Deze metingen zijn gecombineerd met gedetailleerde hydrodynamische simulaties om de hoek van oriëntatie te bepalen. Hierna werd het mogelijk om de zwaartekrachtgolven te gebruiken om de afstand te bepalen.
Uit deze berekeningen volgde een Hubble Constante van 65,3 kilometer tot 75,6 kilometer per seconde per megaparsec.
Het is een enkele meting van een gebeurtenis op een afstand van 130 miljoen lichtjaar van de Aarde en dat is niet voldoende om de onzekerheid in de Hubble Constante op te lossen maar de techniek kan nu wel gebruikt worden bij toekomstige versmeltingen van neutronensterren die aan de hand van zwaartekrachtgolven worden waargenomen.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy: K. Hotokezaka et al. A Hubble constant measurement from superluminal motion of the jet in GW170817. Nature Astronomy, published online July 8, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0820-1
Eerste publicatie: 14 juli 2019
Bron: SciNews, princeton.edu
