Het principe is vereenvoudigd: Licht van een ver object (in het artikel een supernova) wordt door een tussenliggend object, een zwaar sterrenstelsel, verbogen alsof het door een lens gaat (Einstein lensing). Die verbuigingen ontstaan door de massa van het tussenliggend object dat de ruimtetijd krom trekt, en licht heeft zoals alles die kromming te volgen. Door heel nauwkeurig de massaverdeling van het tussenliggend object te bepalen kon het team voorspellen dat fotonen van een reeds waargenomen supernova ook via een andere gekromde weg onze telescopen zouden kunnen bereiken. Omdat die andere weg duidelijk langer was en dat licht dus langer onderweg zou zijn, zou de supernova nogmaals, maar nu op een wat andere plaats en pas over een jaar zichtbaar worden. Die voorspelling kwam uit en was een groot succes voor de astronomen.
Dit principe is nu door een groep astronomen van het Holicow samenwerkingsverband naar een nieuw niveau getild:
Zij gebruikten de Einsteinlensing van 5 quasars. Deze extreem heldere en verre objecten zijn actieve superzware zwarte gaten in de kern van veelal jonge sterrenstelsels die tijdens hun vreetpartij van sterren en andere objecten copieuze hoeveelheden straling het heelal in jagen. Dat gaat niet gelijkmatig; op het ene moment wordt er meer materie verslonden dan op een ander moment. De lichtkracht van een quasar kan dus nogal variëren.
- Lensed Quasars 2876 keer bekeken
Een van de tussenliggende stelsels ligt zo mooi in lijn tussen de quasar (genaamd HE0435-1223) en ons in, dat het Einsteinkruis bijna perfect van geometrie is:
- HE0435-1223 ESA Hubble NASA Suyu et al 2875 keer bekeken
Door nauwkeurig modelleren van het zwaartekrachtsveld van het tussenliggende stelsel en de invloed van andere stelsels in de directe omgeving werd de kromming van de ruimtetijd op diverse punten rond de massa berekend. Vervolgens werden de helderheidsvariaties van de verschillende afbeeldingen van de achterliggende quasars in het Einsteinkruis met een veelheid aan instrumenten (waaronder de Hubble Space telescoop en de Eso sterrenwachten in Chili) nauwkeurig bestudeerd. Zo moest het dus mogelijk zijn te berekenen hoeveel later een helderheidsvariatie in een lensing beeld te zien zou moeten zijn t.o.v. een ander beeld met een korter lichtpad.
- Lensing 2872 keer bekeken
Tot nu toe verschilt dit weinig van het kunststukje dat bij de Refdal supernova uit eerdergenoemd artikel is verricht, maar er zit een adder onder het gras:
Niet alleen komen de helderheidsvariaties op verschillende tijdstippen aan door het padlengteverschil, maar een langere reisduur van de fotonen houdt ook in dat gedurende die langere reisduur het heelal meer expandeert en de fotonen dus nog wat later aankomen. Door nauwkeurig te modelleren en meten kan dus de expansiesnelheid van het heelal bepaald worden. De wetenschappers claimen deze snelheid met een nauwkeurigheid van ongeveer 3,8 procent gemeten te hebben.
De door hun bepaalde waarde voor de Hubble constante ligt op
\(71,9^{+2,4}_{-3,0}\)
km/s per megaparsec, en dat is toch duidelijk hoger dan de via een andere methode m.b.v. de Planck satelliet vastgestelde waarde die op 67.8 ± 0.9 km/s per megaparsec ligt. Het heelal expandeert op basis van de Holicow waarnemingen ruwweg 6 tot 10% sneller dan volgens de meest precieze metingen van de Planck satelliet.- H0 graph 2874 keer bekeken
Het verschil lijkt klein, maar roept vragen op:
De metingen van de Hubbleconstante op basis van veranderlijke sterren, supernovae en gravitatielenzen geven consequent een hogere expansiesnelheid aan dan de afleidingen op basis van de kosmische achtergrondstraling (Wmap en Planck), zie het grafiekje hierboven. Naarmate de meetmethoden nauwkeuriger worden, lijkt ook dit verschil zich sterker te manifesteren.
Naar de reden hiervan is het vooralsnog gissen; wellicht moet het ΛCDM model dat de kosmologen hanteren worden aangepast omdat donkere energie en/of donkere materie zich toch anders gedragen dan nu wordt aangenomen, of is het heelal minder vlak dan voorondersteld wordt bij de Wmap en Planck metingen. Dat zou op een nieuw, nog onontdekt, fenomeen kunnen duiden.
Daarom zet het Holicow team dit soort metingen door en hoopt a.d.h.v. ongeveer 100 quasars de expansiesnelheid met een nauwkeurigheid van ongeveer 1% te kunnen gaan bepalen.
Suyu: The expansion rate of the Universe is now starting to be measured in different ways with such high precision that actual discrepancies may possibly point towards new physics beyond our current knowledge of the Universe
Meer lezen: holicow
In onderstaande zes wetenschappelijke pre-print papers licht het Holicow team haar bevindingen uitgebreid toe:
