Kosmos opgerekt; Astronomen schuiven met ouderdom van heelal

De leeftijd van het heelal moet tien procent omhoog, zo blijkt uit Franse en Britse metingen. Maar er heerst twijfel over de nauwkeurigheid van de metingen.

EÉN VAN DE kleinste meetlatten om leeftijd en straal van het heelal te bepalen, is door Franse astronomen wat opgerekt. Ze hebben dat gedaan na metingen aan de ster Delta Cephei. Deze behoort tot de cepheïden, dat zijn pulserende sterren die worden gebruikt voor het bepalen van de afstand van de Aarde tot nabije sterrenstelsels. Bij cepheïden bestaat een verband tussen de duur van hun pulsatie en de hoeveelheid licht die zij uitzenden. Door de pulsduur te meten en de helderheid die zo'n ster schijnbaar heeft, kan zijn afstand worden bepaald en dus ook de afstand van het stelsel waarin de ster zich bevindt.

Om deze maatstok te ijken moet op een onafhankelijke manier van een aantal cepheïden nauwkeurig de afstand worden bepaald. Doordat deze sterren in het algemeen vrij ver weg staan, is dit lastig. Franse astronomen hebben een nieuwe poging gedaan door in eerste instantie de schijnbare diameter te meten van het schijfje van Delta Cephei, het prototype van de Cepheïden. De astronomen deden hun metingen met de optische interferometer van het Observatoire de la Côte d'Azur in de Alpes Maritimes.

Deze Grand Interféromètre à deux Télescopes bestaat uit twee spiegels met een diameter van 1,5 meter, die tot op 55 meter uit elkaar kunnen worden geplaatst. Door het licht van de twee spiegels samen te voegen, ontstaat een interferentiepatroon dat informatie bevat over het minuscule hoekje dat het beeldje van de ster aan de hemel bestrijkt. Met behulp van deze techniek hebben de Franse astronomen nu niet alleen voor het eerst de schijnbare diameter van Delta Cephei gemeten, maar ook de verandering daarvan als gevolg van het pulseren.

De gemiddelde schijnbare diameter van Delta Cephei blijkt 1,6 milliboogseconde te bedragen: ruim tien procent meer dan wat andere astronomen langs andere wegen hadden afgeleid. De afstand bepaalden ze op 780 lichtjaar (een lichtjaar is ongeveer 9,5 biljoen kilometer). Hierin zit echter een onzekerheid omdat de waarde langs indirecte weg is afgeleid.

De Franse astronomen merken op “dat deze nieuwe afstand van Delta Cephei de meest nauwkeurige is waarover men momenteel beschikt”, maar zij doen geen uitspraken over de kosmologische implicaties. Minder terughoudend is Michael Feast, van de universiteit van Kaapstad, die eerder deze maand op een bijeenkomst van de Royal Astronomical Society in Londen stelde dat het heelal ongeveer tien procent groter en ouder moet zijn dan tot nu toe gedacht. Dit had hij afgeleid uit de nauwkeurige positiemetingen die de Europese satelliet Hipparcos had verricht aan 120.000 sterren.

Geringe verschuivingen in de posities van sommige sterren - parallaxen genoemd - zijn een afspiegeling van de jaarlijkse beweging van de aarde rond de zon en maken het mogelijk om de afstand van die sterren te bepalen. Uit metingen aan 26 cepheïden leidden Feast en zijn Britse collega Robert Catchpole af dat de maatlat die op deze sterren is gebaseerd tien procent langer moet worden. Zo zou de Grote Magelhaense Wolk, een buur van ons Melkwegstelsel, niet op 163.000 lichtjaar staan maar op 179.000 lichtjaar. Alle kosmische afstanden zouden tien procent moeten worden opgewaarderd en dus ook de leeftijd van het heelal: die zou nu tussen de 10 en 13 miljard jaar liggen.

Feast heeft de nieuwe afstandsmetingen ook gebruikt voor het bepalen van de leeftijd van de alleroudste sterren. Deze sterren bevinden zich in de bolvormige sterrenhopen die rond het Melkwegstelsel bewegen. De langere cepheïden-maatlat zou volgens Feast impliceren dat de oudste sterren jonger zijn dan tot nu toe aangenomen. Daarmee zou misschien een probleem kunnen worden opgelost dat steeds in de kosmologie opduikt: dat de oudste sterren ouder lijken dan het heelal zelf. Volgens Feast zouden de oudste sterren niet ouder zijn dan 11 miljard jaar. “Als we dan met de leeftijd van het heelal op 12 miljard jaar gaan zitten, valt alles netjes op zijn plaats.”

Volgens Floor van Leeuwen, een nuchtere, Nederlands astronoom die op het Royal Greenwich Observatory in Cambridge ook aan Hipparcos-metingen werkt, is het echter 'nonsens' om te denken dat het leeftijdsprobleem nu zou zijn opgelost. “De gemeten cepheïden liggen aan de grens van wat met Hipparcos gemeten kan worden”, laat hij uit Cambridge weten. “En bij het bepalen van afstanden moeten allerlei aannames worden gedaan, bijvoorbeeld dat de cepheïden en andere sterren in ons Melkwegstelsel zich net zo gedragen als die in de Magelhaense Wolken. Dat is niet beslist noodzakelijk, omdat je te maken hebt met variërende chemische milieus.”

Hetzelfde probleem geldt bij het bepalen van de leeftijd van sterren. “Daarbij gooit men er nog eens twee of drie aannames bovenop”, aldus Van Leeuwen. Dat het met die leeftijdsbepalingen nog lang niet goed zit, blijkt ook uit de ster die astronomen op 1 mei in de Astrophysical Journal ten tonele zullen voeren: die ster zou maar liefst 17 miljard jaar oud zijn en het leeftijdsprobleem in de kosmologie dus flink vergroten. Toch beweren deze astronomen dat het hierbij gaat om “de eerste, onafhankelijke bepaling van de leeftijd van een oude ster”. Het zal nog wel enige tijd duren voordat de stukjes van de kosmologische legpuzzel werkelijk in elkaar passen.