Webb bevestigt de afstandmetingen van de Hubble
Nieuwe waarnemingen van de Webb Space Telescope bevestigen eerdere metingen door de Hubble Space Telescope van afstanden tussen nabijgelegen sterren en sterrenstelsels, wat een cruciale kruiscontrole biedt om de mismatch in metingen van de mysterieuze expansie van het heelal aan te pakken. De discrepantie, bekend als de Hubble-spanning, blijft zelfs door de beste kosmologische modellen onverklaard.

“De discrepantie tussen de waargenomen expansiesnelheid van het heelal en de voorspellingen van het standaardmodel suggereert dat ons begrip van het heelal mogelijk onvolledig is”, aldus Nobelprijswinnaar en professor Adam Riess van de Johns Hopkins University.
Nu twee belangrijke telescopen elkaars bevindingen bevestigen moeten astronomen dit probleem heel serieus nemen. Het is een uitdaging maar ook een ongelooflijke kans om meer te leren over ons heelal, aldus de astronomen.
Het nieuwe onderzoek borduurt voort op de met de Nobelprijs bekroonde ontdekking van professor Riess dat de expansie van het heelal versnelt vanwege een mysterieuze donkere energie die grote stukken ruimte tussen sterren en sterrenstelsels doordringt.
De auteurs gebruikten de grootste dataset van Webb-gegevens die in de eerste twee jaar in de ruimte werd verzameld om de meting van de expansie snelheid van het heelal door de Hubble Space Telescope te verifiëren, een getal dat bekend staat als de Hubbleconstante.
Ze gebruikten drie verschillende methoden om afstanden te meten tot sterrenstelsels waarin supernova’s voorkomen, waarbij ze zich richtten op afstanden die eerder waren gemeten door de Hubble Space Telescope en waarvan bekend was dat ze de meest nauwkeurige “lokale” metingen van dit getal produceerden.
Waarnemingen van beide telescopen kwamen nauw overeen, wat aantoonde dat de metingen van Hubble nauwkeurig zijn en een onnauwkeurigheid uitsloot die groot genoeg was om de spanning toe te schrijven aan een fout van Hubble
Toch blijft de Hubbleconstante een raadsel, omdat metingen op basis van telescoopwaarnemingen van het huidige heelal hogere waarden opleveren in vergelijking met projecties die zijn gemaakt met behulp van het Standaardmodel van de kosmologie, een algemeen geaccepteerd raamwerk van hoe het heelal werkt, gekalibreerd met gegevens van de kosmische microgolfachtergrond, de zwakke straling die overblijft van de Oerknal.
Terwijl het Standaardmodel een Hubbleconstante oplevert van ongeveer 67 – 68 kilometer per seconde per megaparsec, geven metingen op basis van telescoopwaarnemingen regelmatig een hogere waarde van 70 – 76, met ene gemiddelde van 73 kilometer per seconde per megaparsec.
Deze mismatch heeft kosmologen meer dan een decennium verbijsterd want een verschil van 5 – 6 km per seconde per megaparsec is te groot om eenvoudigweg verklaard te worden door fouten in de meting of waarneemtechniek.
Omdat de nieuwe gegevens van Webb significante vertekeningen in de metingen van Hubble uitsluiten kan de Hubblespanning voortkomen uit onbekende factoren of hiaten in het begrip van kosmologen van natuurkunde die nog ontdekt moet worden.
De gegevens van Webb zijn alsof je voor het eerst naar het heelal in hoge definitie kijkt en verbeteren echt de signaal-ruisverhouding van de metingen, aldus de onderzoekers.

De astronomen bestreken ongeveer een derde van Hubble’s volledige sterrenstelsel dataset, waarbij ze de bekende afstand tot het spiraalstelsel Messier 106 (ook bekend als NGC 4258) als referentiepunt gebruikten.
Ondanks de kleinere dataset bereikten ze een indrukwekkende precisie, met verschillen tussen metingen van minder dan 2% – veel kleiner dan de ongeveer 8 – 9 % van de Hubblespanning.
Naast hun analyse van pulserende sterren, Cepheïden genaamd, de gouden standaard voor het meten van kosmische afstanden, controleerden ze metingen op basis van koolstofrijke sterren en de helderste rode reuzen in dezelfde sterrenstelsels.
Alle sterrenstelsels die door Webb werden waargenomen, samen met hun supernovae, leverden een Hubbleconstante op van 72,6 km per seconde per megaparsec, vrijwel identiek aan de waarde van 72,8 km per seconde per megaparsec die Hubble voor precies dezelfde sterrenstelsels vond.
“Een mogelijke verklaring voor de Hubblespanning zou zijn dat er iets ontbrak in ons begrip van het vroege heelal, zoals een nieuw onderdeel van materie – vroege donkere materie – dat het heelal na de Oerknal een onverwachte schop onder de kont gaf”, aldus de onderzoekers.
“En er zijn ook andere ideeën, zoals vreemde eigenschappen van donkere materie, exotische deeltjes, veranderende elektronenmassa of oeroude magnetische velden die de truc kunnen doen. Theoretici hebben de vrijheid om behoorlijk creatief te zijn.”
De resultaten zijn gepubliceerd in de Astrophysical Journal
Artikel: Adam G. Riess et al. 2024. JWST Validates HST Distance Measurements: Selection of Supernova Subsample Explains Differences in JWST Estimates of Local H0. ApJ 977, 120; doi: 10.3847/1538-4357/ad8c21
Eerste publicatie: 15 december 2024
Bron: sci-news, NASA, ESA