HUBBLE TELESCOOP MAAKT HEELAL GROTER EN OUDER/KOSMOLOGIE

Als Ellen van Langen haar sprint weer eens inzet en het lopersveld uit elkaar trekt, heeft een kosmoloog daar zijn eigen jargon voor: de ruimte tussen de hardloopsters is aan het uitdijen. Tussen sterrenstelsels ziet hij hetzelfde gebeuren. De afgelopen maanden is duidelijk geworden, hoe lang dat al bezig is.

De leeftijd van het heelal is deze eeuw met miljarden jaren toegenomen. Van maar een paar miljard in 1938 tot vijftien miljard nu. Er zijn nog stijfkoppen die het op tien miljard jaar houden, maar de meeste bezoekers van het HST-symposium deze zomer op Sardinie neigden tot de hogere leeftijd, volgens prof. dr. P. C. van der Kruit van het Kapteyn Instituut in Groningen.

Op het symposium werden de laatste resultaten besproken van waarnemingen met de 'HST', de Hubble Space Telescope. Die ruimtetelescoop lijkt de strijd te gaan beslechten over de waarde van de Hubbleconstante, en daarmee over de leeftijd van het heelal.

Dat er een getal en een telescoop zijn genoemd naar Edwin Hubble is geen toeval en te veel eer is het evenmin. Hubble is de ontdekker van de uitdijing van het heelal. Aan het licht van verre sterrenstelsels zag hij dat ze zich van de aarde verwijderen.

De snelheid waarmee dat gebeurt, is precies te berekenen uit de 'roodverschuiving' van het licht, net zoals je de snelheid van een ziekenauto kunt afleiden uit het zakken van de toonhoogte van de sirene wanneer hij voorbijkomt. En hoe verder een sterrenstelsel van ons af staat, merkte Hubble, hoe groter de berekende snelheid is. Die sterrenstelsels vliegen dus niet in file, maar als een uittrekkend lopersveld bij ons vandaan: zo groeit het heelal.

De uitdijing kwam als geroepen. De algemene structuur van ruimte en tijd, van het heelal dus, werd juist in die jaren beter begrepen dankzij het werk van Albert Einstein. Een probleem met de vergelijkingen van diens algemene relativiteitstheorie was echter, dat ze het universum beschreven als een ruimte - niet noodzakelijkerwijs met iets erin - die aan het uitdijen of aan het in elkaar vallen was. Alleen met kunstgrepen kon je ze een heelal laten beschrijven zoals een mens zich dat graag voorstelt, gewoon ruimte die er is, zonder te veranderen. De ontdekking van Hubble maakte die trucjes overbodig.

Een uitdijend heelal moet ergens begonnen zijn, en volgens het huidige standaardmodel van het heelal was dat met een grote klap. Maar wanneer was die Big Bang nu precies? Om daar achter te komen blijkt het nodig het kosmische lopersveld, al die wegsnellende sterrenstelsels, nauwkeurig op te meten. Als je weet hoe snel het veld wordt uitgerekt, dan kun je uitrekenen wanneer het startschot viel.

Een maat voor die snelheid is de Hubbleconstante. Een sterrenkundige die zegt dat de Hubbleconstante 100 bedraagt, zegt: als een sterrenstelsel een megaparsec (3,26 miljoen lichtjaar) verder van ons af staat dan een ander sterrenstelsel, vliegt het het honderd kilometer per seconde sneller van ons weg.

Het meten van afstanden in het heelal is daarmee een van de centrale problemen in de kosmologie geworden. Maar erg goed zijn we er nog niet in, zegt prof. Van der Kruit: "We hoeven het niet eens zo heel precies te weten, als we maar een nauwkeurigheid halen van tien procent hebben we de meeste problemen wel opgelost."

De beste manier om de afstanden tot een ander sterrenstelsel te meten is te kijken naar de Cepheideveranderlijken. Dat zijn sterren die in een vast tempo sterker en zwakker schijnen. Uit de theorie van hoe een ster functioneert is goed te begrijpen waarom sommige grote sterren dat doen. En er is een duidelijk verband tussen het knippertempo en de hoeveelheid licht die zo'n Cepheide-veranderlijke uitzendt. Meer heb je als sterrenkundige niet nodig: je weet hoeveel licht een ster geeft, je weet hoe sterk je hem aan de hemel ziet schijnen, dan weet je ook hoe ver hij weg is.

Door in nabijgelegen sterrenstelsels naar Cepheiden te zoeken, konden sterrenkundigen de afstand van die stelsels tot de aarde bepalen. Maar in stelsels op grotere afstand zijn dergelijke sterren vanaf het aardoppervlak niet meer te onderscheiden. De Hubble telescoop had daar een grote verbetering in moeten brengen, maar die verwachting werd door een verkeerd geslepen lens de bodem ingeslagen.

Maar er viel nog wel meer te doen met de Hubble. Van der Kruit: "Je kunt ook kijken naar een 'supernova van het type Ia'. Dat zijn sterren die aan het eind van hun leven even enorm veel energie uitstralen en die je dus op grote afstanden kunt zien. Elke supernova van dat type straalt op zijn maximum dezelfde hoeveelheid licht uit. En dan kun je dus weer berekenen hoe ver hij weg is."

Supernova's zijn veel zeldzamer dan veranderlijke Cepheiden, en doordat die levensfase van een ster maar kort duurt, zijn ze moeilijk 2waar te nemen. Maar door hun grote lichtsterkte zijn er wel meer sterrenstelsels waarin ze in principe kunnen worden waargenomen.

Een probleem was er nog: hoeveel die maximale lichtsterkte van een supernova precies bedraagt, dat vertelde de theorie de sterrenkundigen niet precies. Dat heeft de Hubble telescoop nu wel gedaan. De Amerikaanse astronoom Allan Sandage wist namelijk met de Hubble telescoop Cepheide-veranderlijken waar te nemen en op te meten in een klein sterrenstelsel, IC-4182, waarin in 1937 een supernova-explosie was waargenomen. Door de Cepheiden wist hij hoe ver het sterrenstelsel van ons vandaan ligt (16 miljoen lichtjaar) en die afstand leverde, met de al bekende waarnemingen van de supernova, voor het eerst de lichtsterkte op van zo'n ontploffende ster.

Daarmee was de ene kosmische meetlat gekoppeld aan de andere, en konden de gegevens van talrijke supernova's en de roodverschuivingen van hun sterrenstelsels gebruikt worden om de Hubbleconstante uit te rekenen. De meeste sterrenkundigen neigen nu naar een waarde van 45, in plaats van de 100 die lange tijd hoge ogen gooide.

Anders gezegd: de afstanden tot de sterrenstelsels die we zien zijn twee keer zo groot als de aanhangers van 'Hubble 100' dachten. Nog anders gezegd: het heelal is vijftien miljard jaar oud, geen tien miljard.

Die hele operatie is opgehangen aan maar een supernova, maar Van der Kruit kan in afwachting van meer metingen met deze uitslag goed leven. "Bij alles wat je op dit gebied publiceerde, moest je vertellen van welke Hubble-constante je uitging. Er worden dus geen waarnemingen waardeloos."

"Maar bepaalde dingen zijn wel bevredigender als je van deze lage waarde uitgaat. Als je de Hubbleconstante 100 liet zijn, was het heelal 10 miljard jaar oud, en er zijn sterrenhopen die ouder lijken."

Als bonus is onze eigen Melkweg relatief kleiner geworden: "Je schat de grootte van een sterrenstelsel op basis van de grootte aan de hemel en de afstand. Met de kleinere afstanden die bij een constante van 100 horen, kom je uit op kleinere sterrenstelsels. Zo klein, dat ons melkwegstelsel een van de grootste stelsels is die er bestaan. Dat had mij er al van overtuigd dat er met de waarde van 100 problemen waren."

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden