Astronomen hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de uitdijing en leeftijd van het universum nauwkeuriger in kaart te brengen door gebruik te maken van de oudste sterrenhopen in het vroege heelal. Met behulp van gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST) hopen onderzoekers een onafhankelijke manier te vinden om fundamentele kosmologische parameters te meten.
In een recent wetenschappelijk onderzoek, getiteld "Cosmic CORALS", onderzoeken astronomen hoe de relatie tussen de leeftijd van sterrenhopen en hun roodverschuiving kan dienen als een anker voor de kosmische tijdlijn. Volgens een publicatie op arxiv.org maken de onderzoekers gebruik van sterrenhopen met een hoge roodverschuiving, die zichtbaar zijn geworden dankzij het effect van sterke zwaartekrachtlenzen.
De Cosmic Gems arc als casestudy
Als onderdeel van dit onderzoek hebben de wetenschappers gekeken naar een van de meest verre systemen die tot nu toe zijn waargenomen: de zogenaamde 'Cosmic Gems arc', met een roodverschuiving van $z=9,625$. Door middel van beelddeconvolutie van multi-band beelden van de JWST konden de onderzoekers in totaal 20 puntbronnen langs deze boog identificeren.
Om de leeftijd van deze sterrenhopen te bepalen, hanteerden de auteurs een raamwerk voor spectrale energiedistributie (SED) dat onafhankelijk is van specifieke kosmologische aannames. Dit zorgt ervoor dat de metingen als onbevooroordeelde ankers kunnen dienen bij het berekenen van de uitdijing van het universum.
Resultaten en toekomstige precisie
Door de gegevens van deze verre systemen te combineren met de huidige kennis over lokale bolhopen, voerden de onderzoekers een Bayesiaanse fit uit binnen een plat $\Lambda$CDM-model. De huidige resultaten wijzen op een Hubble-constante ($H_0$) van $70^{+27}{-16}\ \text{km\ s}^{-1}\ \text{Mpc}^{-1}$ en een materiedichtheid ($\Omega_m$) van $0,33^{+0,37}$.
Hoewel deze eerste resultaten nog onprecies zijn, tonen de onderzoekers aan dat de methode potentie heeft. Volgens de analyse op zou een toekomstige steekproef van ongeveer 300 gelensde proto-bolhopen tot een roodverschuiving van $z \approx 10$ de statistische precisie van $H_0$ kunnen verkleinen tot 4% en die van $\Omega_m$ tot 11%. Dit zou een resultaat zijn dat concurreert met andere huidige methoden, maar er volledig onafhankelijk van is.
Bredere context van kosmische innovatie
De timing van dit onderzoek valt samen met een periode van intense astronomische activiteit. Naast de JWST zullen ook de Euclid-missie en de Nancy Grace Roman Space Telescope nieuwe velden met sterke zwaartekrachtlenzen ontsluiten. Bovendien staat de operationele start van de Extremely Large Telescope (ELT) van de ESO voor de deur.
Terwijl de wetenschappelijke gemeenschap zich richt op het begrijpen van de kosmos, zijn er ook diverse andere projecten die de term 'cosmic' gebruiken in geheel andere domeinen. Zo is er het Europese project cosmic-horizon.eu, dat zich niet richt op sterrenhopen, maar op AI-gestuurde oplossingen voor energie-efficiëntie en de groene transitie binnen de Europese Unie.
Daarnaast is de term 'cosmic' populair in de commerciële en digitale sector. Zo hanteert de webshop cosmicclothing.us de term voor hun kledinglijn, en gebruikt de website petsimulatorvalues.com de naam voor een waardelijst van virtuele items in het spel Pet Simulator 99.
De methodiek van de "Cosmic CORALS"-studie biedt echter een fundamenteel nieuwe weg in de kosmologie door de tijdmeting van het universum direct te koppelen aan de fysieke leeftijd van de oudste sterrenstructuren.