De controverse over de Hubbleconstante.

Hoe snel dijt het heelal nu eigenlijk uit? Daar zijn de wetenschappers het niet helemaal over eens. Hoe zit dit nu precies?

door Gerben de Jong

De golflengte van zichtbaar licht hangt af van de kleur. Rood licht heeft een grotere golflengte dan bijvoorbeeld blauw licht.
Hieronder zie je de verschillende kleuren van het licht spectrum met de golflengte erbij. De golflengte is in nanometer. Eén nanometer is een miljardste meter.

Een ster is een bron van onder andere lichtgolven. Het licht dat door de ster wordt uitgezonden kunnen we op de aarde zien, als de ster niet te zwak is. De kleur van het sterrenlicht wordt bepaald door de soort ster.
Wanneer een ster van ons af beweegt zendt de ster hetzelfde licht uit, maar de golflengte wordt “uitgerekt” door de beweging van de ster van ons vandaan. Hierdoor kan het gebeuren dat het gele licht dat door de ster wordt uitgezonden steeds meer de rode kant op gaat naarmate de snelheid van de ster groter is. Dit noem je roodverschuiving. Wanneer een ster op de aarde af komt wordt de golflengte juist in elkaar gedrukt en wordt het licht steeds blauwer.

Zo’n honderd jaar geleden is er aan de snelheid van sterren en vooral sterrenstelsels gemeten en ook aan de afstand van die sterrenstelsels. Het viel Edwin Hubble op dat hoe verder een sterrenstelsel bij ons vandaan is, hoe sterker de roodverschuiving dus hoe groter de snelheid van het stelsel van ons af. Bijna alle sterrenstelsels bewegen van ons af, zo concludeerde hij. Hij maakte er een grafiek van en zag dat er een rechte lijn te trekken valt als je de afstand van de het sterrenstelsel uitzet tegen de verwijderingssnelheid. (De assen hebben een logaritmische schaal)

Om de afstand te kunnen bepalen tot een sterrenstelsel kun je verschillende methoden gebruiken. In een eerder stukje heb ik beschreven hoe de metingen van kosmische afstanden aanvankelijk met de parallax methode werden gedaan. Om verder te komen worden Cepheïden sterren gebruikt als standaard kaarsen. Nog later werd ontdekt hoe je supernova’s van een bepaald type kunt gebruiken als standaard kaarsen. Het principe is: hoe verder zo’n supernova weg is, hoe zwakker het licht dat er vandaan komt. Met de lichtsterkte kun je dus de afstand bepalen.

Het meten van de snelheid gaat redelijk eenvoudig door het meten van de roodverschuiving van het licht dat van de sterren komt. Hoe sterker die verschuiving naar het rood hoe groter de snelheid waarmee het sterrenstelsel zich van ons vandaan beweegt. Met deze twee gegevens samen kun je de grafiek maken die hierboven staat.

De redenering van Hubble was dat het heelal uitdijt omdat alle sterrenstelsels zich van elkaar af bewegen. En hoe groter de afstand hoe harder het stelsel zich van ons verwijdert. Het grappige is dat dit overal geldt, waar je ook bent als waarnemer. Het hele heelal dijt uit als een ballonnetje dat wordt opgeblazen. Zijn volgende conclusie was dat het ballonnetje ooit als een punt moet zijn begonnen. Daarvoor hoef je alleen maar terug te gaan in de tijd. Die punt in de geschiedenis van het heelal wordt de oerknal (big bang) genoemd.

Toen met deze metingen werd begonnen kwam men op een waarde van de Hubbleconstante van 50 tot 100 km/s/Mpc. Dat is dus niet erg nauwkeurig. Wat betekent dit voor de leeftijd van het heelal? Neem voor de constante een waarde van 50 km/s/Mpc. Een Megaparsec is 3,08567758∙10²² m.

Berekening: [50.000 m/3,08567758∙10²² m/s = 1,62039∙10^-18/s. Dan is de leeftijd van het heelal: 1/1,62039∙10^-18 /s = 6,17136∙10¹⁷ s. En dat is omgerekend 20 miljard jaar.

Maar neem je de waarde van 100 km/s/Mpc dan kom je op een leeftijd van 10 miljard jaar. Dus dat is nog niet erg nauwkeurig. De metingen werden steeds nauwkeuriger. Op dit moment is de waarde volgens deze metingen vastgesteld op 72 ± 4 km/s/Mpc. De leeftijd van het heelal komt hiermee op 13,6 miljard jaar.

Maar de titel van dit stukje is niet voor niets “de controverse over de Hubbleconstante”. Er is een nieuwe manier bedacht om de Hubbleconstante te meten. Tijdens de oerknal is er een enorme hoeveelheid straling uitgezonden. Licht, Röntgenstraling, gammastraling, etc. Door het uitdijen van het heelal is de golflengte van al die straling uitgerekt totdat het allemaal radiogolven waren geworden. En die vind je overal om ons heen in het heelal. Op de figuur van het waarneembare heelal zie je dat het heelal niet homogeen (dat is netjes uitgesmeerd) is. Hier en daar is de temperatuur van de ruimte net wat hoger dan elders. Dit blijkt uit de kleine verschillen in de golflengte van die oer-straling. Hieruit kun je ook de Hubbleconstante afleiden, rechtstreeks van de big bang zelf. Dit wordt de Planck-meting genoemd.

De meting van de Hubbleconstante komt uit op een waarde van Ho=67,4 ± 0,5 km/s/Mpc. Terwijl eerder 72 ± 4 km/s/Mpc was gemeten. Beide metingen zijn zo nauwkeurig dat je niet kunt zeggen dat “het wel ongeveer hetzelfde is”. Dan is dus de vraag hoe het komt dat er zo’n verschil in deze metingen is.

Een oplossing zou kunnen zijn dat het heelal niet overal dezelfde dichtheid heeft. Er wordt gedacht dat wij in een “lokale leegte” zitten met onze aarde. Die leegte heeft een diameter van zo’n 600 Miljoen parsec. Dit zou kunnen verklaren waarom de ene meting zo anders uitkomt als de andere. En het zou ook de noodzaak van donkere materie kunnen wegnemen. Let de komende jaren goed op want er staat ons nog een hele ontwikkeling te wachten!

Meer lezen van Gerben de Jong.

Gerben de jong is voorzitter van Sterrenvereniging Astra Alteria en heeft als docent natuurkunde op het Marnix College te Ede gewerkt. Op het Marnix College en ook op de school waar hij voor het Marnix werkte heeft hij jaarlijks een clubje brugklasleerlingen begeleid die geïnteresseerd waren in sterrenkunde: de Milky Way Club. Gerben wil ons graag laten zien hoe mooi en vooral wijds de sterrenhemel is.

Afdrukken E-mailadres