Astronomen naderen een oplossing voor een van de grootste puzzels van de kosmologie: de discrepantie in hoe snel het universum uitdijt. Twee recente studies suggereren dat de expansiesnelheid in onze kosmische omgeving langzamer zou kunnen zijn dan eerder werd gedacht, waardoor mogelijk de zogenaamde ‘Hubble-spanning’ zou afnemen. Deze spanning ontstaat omdat verschillende meetmethoden tegenstrijdige waarden opleveren voor de constante van Hubble – de snelheid waarmee het universum uitdijt – en het oplossen ervan zou kunnen betekenen dat ons begrip van de kosmos onvolledig is.
De Hubble-constante: een kosmische maatstaf
De Hubble-constante, genoemd naar Edwin Hubble, kwantificeert de uitdijing van het universum. Waarnemingen van het nabije heelal met behulp van methoden als Type Ia-supernova’s geven echter een hogere waarde (ongeveer 73 km/s/Mpc) dan die afgeleid van het bestuderen van de kosmische microgolfachtergrond (CMB) – de nagloed van de oerknal (ongeveer 68 km/s/Mpc). Deze mismatch is niet slechts een klein meningsverschil; het suggereert een fundamentele leemte in ons begrip van de samenstelling en evolutie van het universum.
Een nieuwe aanpak: Galaxy Group Dynamics
Het nieuwste onderzoek biedt een derde, onafhankelijke manier om expansie te meten. In plaats van te vertrouwen op supernova’s of de CMB, analyseerden wetenschappers de beweging van sterrenstelsels binnen twee nabijgelegen groepen: Centaurus A en M81. Deze groepen zitten gevangen in een touwtrekken tussen de zwaartekracht (het naar elkaar toe trekken van sterrenstelsels) en de uitdijing van de ruimte (het uit elkaar duwen ervan). Door deze bewegingen te bestuderen, kunnen onderzoekers de lokale expansiesnelheid afleiden.
Beide onderzoeken vonden een Hubble-constante van ongeveer 64 km/s/Mpc – dichter bij de CMB-afgeleide waarde dan eerdere lokale metingen. Dit suggereert dat de spanning eerder voortkomt uit meetfouten dan uit ontbrekende natuurkunde.
Donkere materie en halo’s: kosmische structuren opnieuw bekijken
De bevindingen dagen ook aannames over de distributie van donkere materie uit. Simulaties voorspellen dat groepen van sterrenstelsels ingebed zijn in massieve halo’s van donkere materie, die een sterke zwaartekrachtsinvloed uitoefenen. De nieuwe gegevens impliceren echter dat deze halo’s mogelijk niet zo dominant zijn als eerder werd gedacht. De waargenomen bewegingen suggereren dat de heldere, centrale sterrenstelsels binnen deze groepen verantwoordelijk zijn voor het grootste deel van het zwaartekrachteffect, en niet zozeer de omringende halo van donkere materie.
Wat dit betekent voor de toekomst
Het onderzoeksteam ontdekte dat de twee grootste sterrenstelsels van de Centaurus A-groep, Centaurus A en M83, zich gedragen als een binair systeem. Het was al bekend dat de M81-groep een binaire structuur had (M81 en M82). De oriëntatie van deze groepen speelt ook een rol, waarbij de M81-groep 34 graden gekanteld is ten opzichte van de omgeving.
“Deze methode zou kunnen betekenen dat we geen nieuwe ingrediënten aan ons kosmische recept hoeven toe te voegen. Mogelijk kunnen we de spanning oplossen met de hulpmiddelen die we al hebben.”
Hoewel veelbelovend, is deze techniek slechts op twee groepen sterrenstelsels toegepast. Verder onderzoek is nodig. Toekomstige waarnemingen met telescopen zoals de 4-meter Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST) zullen deze studie uitbreiden naar een groter deel van het universum, waardoor deze bevindingen mogelijk worden versterkt en ons begrip van de Hubble-constante wordt verfijnd.
Concluderend bieden deze nieuwe metingen een potentieel eenvoudigere oplossing voor de Hubble-spanning – een oplossing waarvoor niet noodzakelijkerwijs een beroep hoeft te worden gedaan op exotische nieuwe natuurkunde. Het heelal dijt wellicht langzamer uit dan we dachten, en onze huidige modellen zijn wellicht dichter bij voltooiing dan eerder werd aangenomen.
