Wat is de Hubble Constante?

Relatie tussen de helderheid van een Cepheide en de afstand
Deze afbeelding illustreert de relatie tussen de helderheidsvariatie van een Cepheide en zijn lichtkracht. Als je de periode van de helderheidsverandering van een Cepheide weet kan je daaruit zijn absolute helderheid berekenen. Door het vergelijken van de absolute helderheid en de waargenomen helderheid kan de de afstand tot de ster berekenen. De metingen op grote afstanden werden uitgevoerd door de Spitzer Space Telescope (NASA/JPL-Caltech/Carnegie)

De Hubble Constante is de eenheid die de uitdijing van het heelal beschrijft. Sinds de Oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden, is het heelal groter en groter geworden. Hoe groter het heelal wordt hoe sneller het uitdijt.

Niet alleen de snelheid van de uitdijing is interessant voor astronomen maar ook de gevolgen van deze uitdijing. Als de snelheid van uitdijing af zou nemen dan betekent dit volgens de wetenschap dat er iets is dat deze uitdijing vertraagd. Misschien is het donkere materie dat dit doet maar die kan niet met conventionele instrumenten worden gemeten. Als de uitdijing toeneemt dan kan het ook zo zijn dat donkere materie daar verantwoordelijk voor is.

Vanaf maart 2013 schat de NASA de snelheid van de uitdijing op ongeveer 70,4 kilometer per seconde per megaparsec. Een megaparsec is gelijk aan één miljoen parsec. Eén parsec is 3,3 miljoen lichtjaar. Uit gegevens die zijn verkregen door de WMAP-satelliet (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) heeft men berekend dat de uitdijingssnelheid uitkomt op ongeveer 71 km/sec per megaparsec.

Ontdekking door Edwin Hubble

De constante werd voor het eerst geïntroduceerd door Edwin Hubble (hij is ook de naamgever van de Hubble Space Telescope). Hubble was een Amerikaanse astronoom die vooral verre sterrenstelsels bestudeerde.

In 1929 gebruikte hij een waarneming van de eveneens Amerikaanse astronoom Harlow Shapley die ontdekte dat alle sterrenstelsels zich van ons eigen melkwegstelsel vandaan bewegen. Hubble ontdekte dat ver verwijderde sterrenstelsels zich schijnbaar sneller van ons vandaan bewegen dan nabij gelegen sterrenstelsels. Terwijl wetenschappers destijds begrepen dat sterrenstelsels zich van elkaar vandaan bewegen weten wetenschappers tegenwoordig dat het eigenlijk de uitdijing van het heelal is die wordt waargenomen. Het maakt niet uit waar je je bevindt in het heelal, overal neem je dezelfde uitdijing met dezelfde snelheid waar.

Met het gevoeliger worden van telescopen zijn de berekeningen van Hubble door de jaren heen steeds meer verfijnd. Zo heeft de Hubble Space Telescope een bepaald type ster, veranderlijke Cepheiden, gebruikt om de uitdijing te bepalen. Maar ook de WMAP-satelliet die metingen heeft verricht aan de kosmische microgolf achtergrondstraling heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan het optimaliseren van de Hubble Constante. Met de WMAP werd de constante achtergrondtemperatuur van het heelal in kaart gebracht. Deze achtergrondtemperatuur of straling is het restant van de Oerknal dat we nu nog kunnen waarnemen.

Cepheide veranderlijke sterren

Er zijn veel soorten veranderlijke sterren maar voor het bepalen van de uitdijing van het heelal zijn eigenlijk alleen Cepheiden goed te gebruiken. Het zijn sterren die met een zeer constante regelmaat van helderheid veranderen. De periode van een Cepheide ligt tussen de 2 en de 100 dagen. Ook Polaris, de Poolster is een Cepheide.

Er is een relatie tussen de periode van de helderheidsveranderingen en de eigenlijke helderheid, die relatie helpt bij het berekenen van de afstand tot de ster. Hoe helderder een Cepheide vanaf de Aarde zichtbaar is hoe gemakkelijker die afstand is te bepalen. Er zijn Cepheiden die vanaf de Aarde zichtbaar zijn maar vanuit de ruimte gaat het veel beter.

Edwin Hubble kon Cepheiden waarnemen tot op een afstand van 990.000 lichtjaar ver. Voor die tijd een hele grote afstand maar gezien de grootte van het heelal nog steeds erg dicht bij. Verder weg in het heelal zijn Cepheiden zwakker en dus lastiger te bestuderen. Na de lancering heeft de Hubble Telescope echter een grote bijdrage geleverd aan het bestuderen van verre Cepheiden.

In 1999 bepaalden astronomen de Hubble Constante op 70 kilometer per seconde per megaparsec. Deze waarde was gebaseerd op het waarnemen van bijna 800 Cepheiden in 18 sterrenstelsels tot op een afstand van 65 miljoen lichtjaar van de Aarde. Deze waarde bepaalde de ouderdom van het heelal op ongeveer 12 miljard jaar. Sindsdien is deze waarde is aangescherpt tot 13,82 miljard jaar.

Voor de waarnemingen van de Hubble Telescope konden astronomen niet bepalen of het heelal nu 10 miljard jaar of 20 miljard jaar oud is.

Cepheiden worden veel gebruikt voor het bepalen van afstanden maar ze zijn niet de meest geschikte sterren voor dit doel. Er kan sprake zijn van stofwolken die zich in het gezichtsveld tussen de ster en de Aarde bevinden waardoor helderheidsmetingen onbetrouwbaar zijn. Ook kunnen ze zich op zeer grote afstanden bevinden waardoor ze erg lichtzwak zijn en nauwelijks nauwkeurig bestudeerd kunnen worden. Ter ondersteuning van de Cepheiden-waarnemingen worden er dan ook andere technieken gebruikt zoals de Tully-Fisher relatie. Tully-Fisher beschrijft de ratio van rotatie van een sterrenstelsel en de lichtkracht van dat sterrenstelsel.

De WMAP gebruikte een andere techniek die fluctuaties in de kosmische microgolf achtergrondstraling onderzocht om zo de Hubble Constante te berekenen.

 

Eerste publicatie: 23 maart 2014
Laatste keer gewijzigd op: 1 oktober 2017