Zwaartekrachtsgolf scherpt uitdijingssnelheid heelal aan

08-07-2019

Een internationaal team van wetenschappers, met onder andere Samaya Nissanke (verbonden aan Nikhef, de Universiteit van Amsterdam en de Radboud Universiteit) heeft op een alternatieve manier de omstreden uitdijingssnelheid van het heelal bepaald. De onderzoekers gebruikten radiostraling afkomstig van twee samensmeltende neutronensterren, die aan de hand van hun zwaartekrachtsgolven waren ontdekt.

Dat het heelal uitdijt, staat vast. Hoe snel is de laatste jaren meer en meer een vraag. Wetenschappelijk staat de uitdijingssnelheid van het universum ter discussie sinds uiteenlopende metingen verschillende waardes suggereren.

Op 17 augustus 2017 registreerden de grote LIGO/Virgo-detectoren in de VS en bij Pisa (Italië) zwaartekrachtsgolf GW170817. Deze trilling in de ruimtetijd bleek afkomstig van twee botsende neutronensterren. Radiotelescopen in ondermeer Dwingeloo konden nog maandenlang de straling opvangen die van deze botsing afkwam. Via deze straling brachten onderzoekers nu de eigenschappen in kaart van de jet, een straalstroom van energie en materie die gelanceerd wordt bij de neutronensterrenbotsing.

De Virgo-dector in Pisa (Italië)

Hubbleconstante binnen bandbreedte
Dankzij de eigenschappen van de jet berekenden de onderzoekers de uitdijingsnelheid van het heelal. Deze uitdijingsnelheid, ook bekend als de Hubbleconstante, ligt volgens de nieuwste berekeningen tussen de 65 en de 75 km/s/Mpc (kilometer per seconde per megaparsec, de gebruikelijke afstandsmaat voor melkwegstelsels). Dat is binnen de bandbreedte die via twee beproefde standaardmethoden is bepaald. Deze standaardmethoden zijn echter in de afgelopen jaren steeds nauwkeuriger geworden en wijken sinds april 2019 zo ver van elkaar af dat het sterrenkundigen voor raadsels stelt. Volgens de Planckmethode zou de uitdijing 67 km/s/Mpc zijn. De Cepheïden-methode zet de Hubbleconstante op 74 km/s/Mpc.

15 paar botsende neutronensterren
De zwaartekrachtsgolf-onderzoekers denken dat ze nog ongeveer vijftien paar botsende neutronensterren-met-mooie-jet nodig hebben om het dispuut tussen de Planck-aanhangers en de Cepheïden-aanhangers echt te kunnen beslissen. Dat kan nog wel een paar jaar duren, schrijven ze in het tijdschrift Nature Astronomy van 8 juli (origineel artikel | gratis preprint).

Eerder voorspeld met theorie en simulaties
Samaya Nissanke legt uit dat de belangrijkste bevinding is dat het met gekoppelde radiotelescopen lukt om de eigenschappen in kaart te brengen van de jet die bij botsende neutronensterren ontstaat. ‘Dat had ik in 2010 al voorspeld op basis van theorie en simulaties. En nu is het dus ook in de praktijk gelukt.’ Nissanke noemt het onderzoek een prachtig voorbeeld van multimessenger-astronomie. ‘Je ziet hier mooi de kracht van de combinatie van LIGO/Virgo met gegevens uit de radiosterrenkunde.’