Het oudste overgebleven licht onthult de ware leeftijd van het universum

Oud licht van de oerknal heeft een precieze nieuwe schatting voor de leeftijd van het universum onthuld: 13,77 miljard jaar, geef of neem 40 miljoen jaar.

De nieuwe schatting, gebaseerd op gegevens van een reeks telescopen in de Chileense Atacama-woestijn, weegt ook op een van de belangrijkste meningsverschillen in de astrofysica: hoe snel breidt het universum zich uit? Beschreven in twee wetenschappelijke artikelen, geeft het nieuwe resultaat een aanzienlijke boost aan de ene kant van het meningsverschil, hoewel de natuurkundigen niet konden bewijzen dat de andere kant van het geschil ongelijk had..

Hier is het probleem: natuurkundigen moeten de uitbreidingssnelheid van het universum begrijpen om enig idee te krijgen van kosmologie - de wetenschap van het verleden, het heden en de toekomst van ons hele universum. Ze weten dat een mysterieuze substantie die donkere energie wordt genoemd, ervoor zorgt dat het universum (steeds sneller) in alle richtingen uitdijt ... Maar wanneer astronomen hun telescopen de ruimte in richten om de Hubble-constante (H0) te meten - het getal dat beschrijft hoe snel het universum breidt zich uit op verschillende afstanden van ons of een ander punt - ze komen met getallen die het niet met elkaar eens zijn, afhankelijk van de methode die ze gebruiken.

Eén methode, gebaseerd op metingen van hoe snel nabije sterrenstelsels zich van de Melkweg verwijderen, levert één H0 op. Een andere methode, gebaseerd op het bestuderen van het oudste licht in de ruimte, of kosmische microgolfachtergrond (CMB), produceert nog een H0. Dit meningsverschil heeft ertoe geleid dat wetenschappers zich afvragen of er een belangrijke blinde vlek in hun metingen of theorieën zit, zoals eerder gerapporteerd. Deze nieuwe resultaten lijken aan te tonen dat er aan de CMB-kant geen meetfouten waren.

Verwant: 9 feiten over zwarte gaten die je versteld doen staan

"We vinden een uitbreidingssnelheid die overeenkomt met de schatting van het Planck-satellietteam", wat een andere studie is van de CMB, Cornell University-astrofysicus Steve Choi, hoofdauteur van een van de twee nieuwe artikelen, zei in een verklaring. "Dit geeft ons meer vertrouwen in metingen van het oudste licht van het universum."

De gegevens van de Planck-satelliet, vrijgegeven in 2018, waren tot nu toe de belangrijkste metingen van de CMB. Met een ongekende precisie toonden ze aan hoe scherp CMB-metingen van H0 niet overeenstemmen met metingen op basis van de beweging van nabije sterrenstelsels..

Deze nieuwe resultaten hebben de CMB-meting helemaal opnieuw berekend met behulp van een geheel andere set telescoopgegevens en berekeningen, en hebben zeer vergelijkbare resultaten opgeleverd. Dat bewijst niet dat de CMB-meting van H0 correct is - er kan nog steeds een probleem zijn met de fysische theorieën die worden gebruikt om de berekening te maken - maar het suggereert wel dat er geen meetfouten zijn aan die kant van het meningsverschil..

Verwant: De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde

Op basis van gegevens van de Atacama Cosmology Telescope (ACT) in de Atacama-woestijn in Chili, volgden de onderzoekers vage verschillen tussen verschillende delen van de CMB - die verschillende energieniveaus lijkt te hebben in verschillende delen van de hemel. De CMB, die gevormd is toen het universum afkoelde na de oerknal, is in elke richting in de ruimte te detecteren als een microgolfgloed. Het is meer dan 13 miljard lichtjaar in de verte, een overblijfsel uit een tijd voordat sterren en sterrenstelsels zich vormden. 

Door theorieën over hoe de CMB is gevormd te combineren met nauwkeurige metingen van zijn fluctuaties, kunnen natuurkundigen bepalen hoe snel het universum op dat moment uitdijt. Die gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt om H0 te berekenen.

De ACT heeft tussen 2013 en 2016 methodisch de halve lucht gescand, met name op het microgolflicht. Vervolgens hebben onderzoekers jaren besteed aan het opschonen en analyseren van de gegevens met behulp van supercomputers, waarbij andere microgolfbronnen werden verwijderd die geen deel uitmaken van de CMB, om een ​​volledige kaart van de CMB samen te voegen. De hele tijd 'verblindden' ze zichzelf voor de implicaties van hun werk, schreven ze in hun papers, wat betekende dat ze niet keken naar de invloed van hun keuzes op de schattingen van H0 tot het einde. Pas toen de volledige CMB-kaart compleet was, gebruikten de onderzoekers deze om H0 te berekenen.

De nieuwe CMB-kaart bood ook een nieuwe maat voor de afstand tussen de aarde en de CMB. Die afstand, gecombineerd met een nieuwe meting van hoe snel het universum in de loop van de tijd is uitgebreid, maakte een nauwkeurige berekening van de ouderdom van het universum mogelijk..

"Ik had geen specifieke voorkeur voor een specifieke waarde - het zou op de een of andere manier interessant worden", zei Choi.

-Het universum: Big Bang tot nu in 10 eenvoudige stappen

-De 15 vreemdste sterrenstelsels in ons universum

-101 astronomische beelden die u versteld doen staan

 Het is nog steeds mogelijk, zoals eerder is gemeld, dat een fout in die theorieën de berekening verstoort. Maar het is niet duidelijk wat de fout zou zijn.

De andere benadering voor het berekenen van H0 is gebaseerd op pulserende sterren die bekend staan ​​als cepheïden, die in verre melkwegstelsels verblijven en regelmatig pulseren. Dat getimede pulseren stelt onderzoekers in staat om nauwkeurige berekeningen uit te voeren van hun beweging en afstanden tot de aarde.

Met die directe snelheidsmetingen is het vrij eenvoudig om een ​​meting van H0 te bedenken. Er zijn geen ingewikkelde kosmologische theorieën bij betrokken. Maar het is mogelijk, hebben sommige wetenschappers voorgesteld, dat ons gebied van het universum gewoon vreemd leeg is en niet representatief voor het hele universum. Het is zelfs mogelijk dat er meetproblemen zijn met de cepheïden, en dat deze kosmische meetstokken niet helemaal werken zoals natuurkundigen verwachten.

Voorlopig blijft de ware H0 een mysterie. Maar CMB-onderzoekers hebben meer munitie voor hun kant van het meningsverschil.

Beide nieuwe artikelen die de nieuwe analyse beschrijven, zijn op 14 juli gepubliceerd in de preprint-database arXiv en ingediend voor formele peer review.