Gammele meetlat

VOOR EEN betrouwbare schatting van de leeftijd en de geometrie van het heelal – en daarmee het ultieme lot dat ons te zijner tijd te wachten staat – zijn nauwkeurig bepaalde afstanden onontbeerlijk. Zolang het gaat om nabije sterren kan de astronoom die probleemloos leveren. Dankzij hun parallaxbeweging (de projectie op de hemelbol als gevolg van de draaiing van de aarde om de zon) is met driehoeksmeting uit de landmeetkunde precies vast te stellen hoe ver zo'n lichtpuntje weg staat. Maar voor objecten dieper in de kosmos, buiten ons eigen Melkwegstelsel, is de parallax verwaarloosbaar klein en moet een andere methode uitkomst bieden. Het probleem met die alternatieven is dat ze lastig te ijken zijn.

Zo staat de waarde van de populaire Cepheïden-meetlat ter discussie. Cepheïden zijn veranderlijke sterren (ze zwellen en krimpen) met de nuttige eigenschap dat de periode van hun lichtfluctuaties een precieze maat is voor hun absolute helderheid. De gemeten schijnbare helderheid levert de astronoom daarom in één klap de juiste afstand. Maar is dat werkelijk zo? Een publicatie deze week in Nature zaait twijfel over de betrouwbaarheid van de Cepheïden-methode. Het zou kunnen dat het heelal zo'n anderhalf miljard jaar jonger is dan gedacht. Maar, zo schrijft het tijdschrift in een commentaar, het is ook mogelijk dat er meer fouten in de Cepheïden-maatlat zitten die elkaar opheffen. De standaardlampjes aan het firmament behoeven nadere inspectie.

De aanzet tot de moeilijkheden was een publicatie in Nature op 5 augustus van dit jaar. Een internationaal team van astronomen, aangevoerd door de Amerikaan J.R. Herrnstein, kwam toen met een geometrische methode om de afstand tot het spiraalvormige sterrenstelsel NGC4258 te bepalen. Uitgangspunt daarbij was de rotatie van krachtige bronnen van microgolvenstraling (watermasers) om het centrum van het spiraalstelsel, waarschijnlijk een superzwaar zwart gat. NGC4258 bleek 23 miljoen lichtjaar weg te staan, met een marge van zo'n 4 procent. Dat was niet alleen de nauwkeurigste extragalactische afstand die ooit was bepaald, ook leek de methode weinig gevoelig voor niet onderkende systematische fouten.

Vanzelfsprekend is het interessant te weten welk resultaat de Cepheïdenmethode toegepast op NGC4258 geeft. Deze week publiceert een team Amerikaanse astronomen in Nature het antwoord: 26 miljoen lichtjaar, 12 procent meer dan de geometrische methode van Herrnstein. Gebruikmakend van de Hubble-telescoop ontdekten Eyal Maoz en zijn collega's in de loop van 1998 in NGC4258 vijftien cepheïden, waarvan de helderheidswisselingen nauwkeurig zijn gemeten. Het team hanteerde daarbij de methoden van het in 1991 gestarte Hubble Space Telescope Key Project, dat inmiddels meer dan 800 cepheïden onder handen heeft genomen.

Hoe dit verschil te verklaren? Om te beginnen kan gekeken worden of de ijking van de Cepheïden-afstandschaal wel deugt. Centraal daarin staat de positie van de Grote Magelhaanse Wolk. Zijn afstand, vastgesteld op 163.000 lichtjaar, is rechtstreeks bepalend voor de afstanden van alle andere hemelobjecten. Nu wil het geval dat alternatieve methoden, recentelijk uitgevoerd op basis van eclipsen bij dubbelsterren, lichtvariaties in zogeheten RR Lyrea-sterren en rode reuzensterren, de Grote Magelhaanse Wolk stuk voor stuk op 145.000 lichtjaar positioneren. Dit verschil van 12 procent is precies genoeg om het NGC4258-probleem te neutraliseren.

Maar, zo schrijft Bohdan Paczynski in een begeleidend commentaar in Nature, dat betekent niet zonder meer dat de Cepheïden-maatlat alsnog deugt. Onlangs bracht nadere analyse van de Cepheïden in de Andromedanevel, die 2,2 miljoen lichtjaar weg staat, aan het licht dat sterren in de directe omgeving van Cepheïden ermee `samensmelten', zodat Cepheïden helderder lijken dan ze in werkelijkheid zijn. Anders gezegd: Andromeda-sterren staan verder weg dan de Cepheïden-methode aangeeft. Of bij ververwijderde Cepheïden zo'n effect ook speelt, en hoe groot het is, is moeilijk aan te geven. Hoe dan ook, eventuele correcties zijn tegenovergesteld aan die welke voortvloeien uit een foutieve Magelhaanse ijking. Zelfs bestaat de kans dat beide effecten elkaar opheffen. De leeftijd van het heelal, zo concludeert Paczynski, is klaarblijkelijk een speelbal van systematische fouten en persoonlijke voorkeuren.