Astronomen hebben twee supernova’s geïdentificeerd waarvan het licht, gesplitst door zwaartekrachtlensvorming, de komende zestig jaar opnieuw zal verschijnen. Dit biedt een unieke kans om de uitdijingssnelheid van het heelal met ongekende precisie te meten. Dit natuurlijke experiment zou een al lang bestaand conflict in de kosmologie kunnen helpen oplossen: de ‘Hubble-spanning’, waarbij verschillende methoden tegenstrijdige waarden opleveren voor hoe snel het universum uitdijt.
De kosmische tijdvertraging
Het fenomeen achter deze doorbraak is zwaartekrachtlensing. Enorme clusters van sterrenstelsels fungeren als kosmische vergrootglazen, die het licht van verre supernova’s in meerdere afbeeldingen buigen en splitsen. Elk beeld reist een ander pad door de ruimte-tijd, wat leidt tot verschillende aankomsttijden. Eén supernova, genaamd SN Ares, explodeerde bijna 10 miljard jaar geleden; zijn licht heeft de aarde al bereikt. Er zullen echter over ongeveer 60 jaar nog twee extra afbeeldingen van Ares verschijnen als gevolg van extreme tijdsdilatatie door de zwaartekracht.
De andere supernova, SN Athena, zal naar verwachting in de komende één tot twee jaar opnieuw verschijnen. Hoewel minder nauwkeurig dan Ares, zal Athena dienen als validatietest voor onze kosmologische modellen.
Waarom dit ertoe doet: de Hubble-spanning
Het lijkt erop dat het heelal met verschillende snelheden uitdijt, afhankelijk van hoe wetenschappers het meten. Waarnemingen van de kosmische microgolfachtergrond (de nagloed van de oerknal) suggereren een uitdijingssnelheid van 67 kilometer per seconde per megaparsec. Metingen met veranderlijke Cepheid-sterren (standaardkaarsen) geven echter een snellere snelheid van 73 kilometer per seconde per megaparsec.
Deze discrepantie, bekend als de Hubble-spanning, is een groot probleem in de moderne kosmologie. Het zou erop kunnen wijzen dat ons begrip van het universum onvolledig is, of dat er onbekende systematische fouten in onze metingen zitten.
Het VENUS-programma en de rol van JWST
De ontdekking van SN Ares en SN Athena is het resultaat van het Vast Exploration for Nascent, Unexplored Sources (VENUS) programma, waarbij gebruik wordt gemaakt van de James Webb Space Telescope (JWST). VENUS richt zich specifiek op dichte clusters van sterrenstelsels, waardoor de kansen op het vinden van deze zeldzame, door de zwaartekracht geobjectiveerde gebeurtenissen worden gemaximaliseerd.
“Sterke zwaartekrachtlenzen transformeren clusters van sterrenstelsels in de krachtigste telescopen van de natuur”, zegt Seiji Fujimoto, hoofdonderzoeker van het VENUS-programma.
Vóór VENUS en JWST waren er minder dan tien van dergelijke lenssupernova’s ontdekt. Sinds juli vorig jaar heeft VENUS in slechts 43 waarnemingen al acht nieuwe lenssupernova’s geïdentificeerd, een verdubbeling van de bekende steekproefomvang.
Vooruitkijken: een zelfconsistente meting
Het belangrijkste voordeel van deze benadering is dat het een “enkele, zelfconsistente stap” biedt voor het meten van de uitdijing van het universum. Door de voorspelde aankomsttijden van de lensbeelden te vergelijken met hun werkelijke waargenomen tijden, kunnen wetenschappers hun schattingen van de Hubble-constante onafhankelijk van andere methoden verfijnen. Dit is van cruciaal belang op een gebied waar systematische fouten moeilijk uit te sluiten zijn.
Het uiteindelijke lot van het universum staat op het spel. Als de donkere energie zwakker wordt, kan de uitdijing uiteindelijk omslaan in krimp. Het nauwkeuriger meten van de uitdijingssnelheid van het heelal zal niet alleen de Hubble-spanning helpen oplossen, maar ook licht werpen op de langetermijnevolutie van de kosmos.
