🔭 astrophysics

Newest measurements of Hubble constant from DESI 2024 BAO observations

Met behulp van de nieuwste DESI 2024 BAO-waarnemingen gecombineerd met ongeankerde SN Ia-afstanden en kosmische chronometers, leidt deze studie een modelonafhankelijke Hubble-constante af van $68,4^{+1,0}_{-0,8}$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ , die overeenkomt met Planck- en TRGB-resultaten maar in significante spanning blijft met SH0ES-metingen.

Oorspronkelijke auteurs: Wuzheng Guo, Qiumin Wang, Shuo Cao, Marek Biesiada, Tonghua Liu, Yujie Lian, Xinyue Jiang, Chengsheng Mu, Dadian Cheng

Gepubliceerd 2026-06-29

📖 4 min leestijd☕ Koffiepauze-leesvoer

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Wuzheng Guo, Qiumin Wang, Shuo Cao, Marek Biesiada, Tonghua Liu, Yujie Lian, Xinyue Jiang, Chengsheng Mu, Dadian Cheng

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Het Grote Mysterie: De Snelheidslimiet van het Universum

Stel je voor dat het universum een enorme ballon is die wordt opgeblazen. De Hubble-constante ( $H_0$ ) is in essentie de snelheid waarmee die ballon momenteel wordt opgeblazen. Het kennen van deze snelheid is cruciaal, want het vertelt ons hoe oud het universum is, waar het uit bestaat en waar het naartoe gaat.

Er is echter een enorme onenigheid onder wetenschappers over de exacte snelheid waarmee deze ballon uitzet. Dit wordt de "Hubble-spanning" (Hubble Tension) genoemd.

Team "Vroeg Universum" (Planck): Kijkend naar de "babyfoto's" van het universum (de kosmische achtergrondstraling), berekenen zij dat de snelheid ongeveer 67,4 is.
Team "Laat Universum" (SH0ES): Kijkend naar "volwassen foto's" (ontploffende sterren genaamd supernova's), berekenen zij dat de snelheid ongeveer 73,0 is.

Het verschil is zo groot dat het is alsover twee mensen dezelfde weg meten en resultaten krijgen die 5 tot 6 standaarddeviaties uit elkaar liggen. Het is te groot om een simpele fout te zijn; het suggereert dat onze kennis van de natuurkunde misschien een ontbrekend puzzelstukje mist.

Het Nieuwe Detectiewerk: DESI

Dit artikel introduceert een nieuwe reeks metingen van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Zie DESI als een enorme, hoogtechnologische camera die een 3D-kaart van miljoenen sterrenstelsels heeft gemaakt.

De auteurs gebruikten deze kaart om de expansiesnelheid te meten met een methode die probeert de vooroordelen (biases) te vermijden die de vorige onenigheid hebben veroorzaakt. Ze wilden zien of een "derde manier" om de snelheid te meten, aan de zijde van de babyfoto's, de volwassen foto's, of iets geheel nieuws zou staan.

De Methode: Een "Niet-gekalibreerde" Liniaal

Normaal gesproken is het meten van kosmische afstanden alsof je een kamer probeert te meten met een liniaal waarvan je de exacte lengte niet weet. Je moet die eerst kalibreren (wat fouten introduceert).

De auteurs gebruikten een slimme truc om deze kalibratiestap te omzeilen:

De Standaardliniaal (BAO): Ze keken naar Baryon Acoustic Oscillations (BAO). Stel je voor dat het vroege universum een vijver was waarin iemand een steen in wierp. De rimpelingen verspreidden zich en bevroren op hun plaats terwijl het universum uitdijde. Vandaag de dag is de kans groter dat sterrenstelsels gescheiden worden door de exacte breedte van die bevroren rimpelingen (ongeveer 150 miljoen lichtjaar). Dit is een "standaardliniaal" die in de stof van de ruimte zelf is ingebouwd.
De Afstands-truc: Normaal gesproken moet je, om deze liniaal te gebruiken, de exacte grootte in meters weten. Maar de auteurs gebruikten een wiskundige relatie (de zogenaamde Distance Duality Relation) die het mogelijk maakte om de breedte van de liniaal in twee verschillende richtingen te vergelijken (zijwaarts en voorwaarts) zonder de absolute grootte te hoeven weten.
De Ingrediënten: Om de vergelijking op te lossen, combineerden ze drie databronnen:
- De Liniaal: De nieuwe DESI-sterrenstelselkaart.
- De Kaars: Data van ontploffende sterren (supernova's) om helderheid te meten.
- De Klok: Data van "Cosmic Chronometers" (verouderende sterrenstelsels) om tijd te meten.

Ze gebruikten een statistische techniek genaamd Gaussian Processes (denk aan dit als een superintelligent interpolatie-instrument) om de gaten tussen hun datapunten op te vullen, waardoor een vloeiende curve ontstond van hoe het universum door de tijd heen is uitgezet.

De Resultaten: Een Nieuw Verdict

Na het verwerken van de cijfers vonden de onderzoekers een Hubble-constante van 68,4.

Met wie stemt dit overeen? Dit resultaat ligt comfortabel in het midden, maar leunt veel meer naar het resultaat van het "Vroege Universum" (Planck) van 67,4. Het is ook consistent met een andere methode genaamd TRGB (gebruikmakend van rode reuzensterren).
Met wie stemt dit niet overeen? Het is nog steeds in strijd met het resultaat van het "Late Universum" (SH0ES) van 73,0. De kloof is nu een 4,3σ spanning.

Wat dit betekent

De auteurs concluderen dat hun methode "puur datagestuurd" is. Ze hoefden niet de grootte van de geluidshorizon (de liniaal) aan te nemen op basis van de oerknaltheorie, noch hoefden ze de helderheid van de supernova's aan te nemen.

De Kernboodschap:
Zelfs met een nieuwe, onafhankelijke methode die de gebruikelijke kalibratievallen vermijdt, lijkt het universum nog steeds uit te dijen met een snelheid die overeenkomt met de "babyfoto's" (Planck) in plaats van de "volwassen foto's" (SH0ES). Dit suggereert dat het conflict niet slechts een meetfout is; het kan een fundamentele aanwijzing zijn dat onze huidige natuurwetten een update nodig hebben om te verklaren waarom het universum op deze manier uitdijt.

Kortom: het universum dijt uit met een snelheid van ongeveer 68,4 km/s per megaparsec, en deze nieuwe meting bevestigt dat de "Hubble-spanning" een echt, hardnekkig probleem is dat nog niet is opgelost.

Technische Samenvatting: Nieuwste metingen van de Hubble-constante uit DESI 2024 BAO-observaties

Probleemstelling
Het artikel behandelt de hardnekkige "Hubble-spanning" (Hubble tension), een significante discrepantie tussen metingen van de Hubble-constante ( $H_0$ ) afgeleid van het vroege Universum (bijv. Planck CMB-data die $H_0 \approx 67,4$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ opleveren) en die van het late Universum (bijv. SH0ES SN Ia-data die $H_0 \approx 73,04$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ opleveren). Deze spanning, momenteel op een significantieniveau van 5–6 $\sigma$ , daagt het standaard $\Lambda$ CDM-kosmologisch model uit. Eerdere pogingen om dit op te lossen met behulp van Baryon Acoustic Oscillations (BAO) vertrouwden vaak op de geluidshorizon-schaal ( $r_d$ ) tijdens de drag-epoch als een standaardliniaal, wat effectief een prior introduceerde die afhankelijk is van de fysica van het vroege Universum of CMB-kalibratie. De auteurs beogen $H_0$ te bepalen met behulp van een puur datagedreven, modelonafhankelijke benadering die de noodzaak voor $r_d$ -kalibratie of de intrinsieke luminositeitskalibratie van Type Ia Supernovae (SN Ia) omzeilt.

Methodologie
De auteurs maken gebruik van de nieuwste BAO-metingen van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Data Release 1 (DR1), die het roodverschuivingsbereik $z = 0,51 - 2,33$ beslaat. De kern van hun methode berust op de Afstand-Dualiteit-Relatie (Distance Duality Relation, DDR), $d_L(z) = (1+z)^2 d_A(z)$ , die de luminositeitsafstand ( $d_L$ ) koppelt aan de hoekdiameterafstand ( $d_A$ ) in elke metrieke zwaartekrachttheorie waar het aantal fotonen behouden blijft.

De Hubble-constante wordt geformuleerd als:
$H_0 = \frac{1}{(1+z)^2} \frac{\Xi_{\text{SNIa}}(z)}{\Xi_{\text{BAO}}(z)} H_{\text{CC}}(z)$
waarbij:

$\Xi_{\text{SNIa}}(z) = H_0 d_L(z)$ de ongeankerde luminositeitsafstand is afgeleid van de schijnbare magnitudes van SN Ia.
$\Xi_{\text{BAO}}(z) = H(z) d_A(z)$ wordt afgeleid van DESI BAO-metingen van transversale ( $D_M$ ) en langs de gezichtslijn ( $D_H$ ) comoving-afstanden. Cruciaal is dat de ratio $D_M/D_H$ de berekening van $H(z)d_A(z)$ mogelijk maakt zonder de absolute waarde van de geluidshorizon $r_d$ te kennen.
$H_{\text{CC}}(z)$ de Hubble-parameter is die direct wordt gemeten via kosmische chronometers (CC).

Om deze vergelijking te evalueren op de specifieke roodverschuivingen van de vijf DESI BAO-datapunten, maken de auteurs gebruik van Gaussian Process (GP) regressie om de continue functies van $H_0 d_L(z)$ (van de Pantheon+ SN Ia-dataset) en $H(z)$ (van een compilatie van 32 CC-metingen) te reconstrueren. De GP-regressie gebruikt het $\Lambda$ CDM-model als een prior gemiddelde functie, maar is ontworpen om modelonafhankelijk te zijn in de uiteindelijke output, waarbij de best passende curven worden geselecteerd op basis van $\chi^2$ -minimalisatie. De analyse marginaliseert over systematische onzekerheden met behulp van covariantie-matrices voor zowel de SN Ia- als de CC-data.

Belangrijkste Bijdragen

Modelonafhankelijke $H_0$ -bepaling: Het artikel demonstreert een methode om $H_0$ te beperken met behulp van BAO-data zonder te vertrouwen op de geluidshorizon-schaal ( $r_d$ ) of de absolute magnitude-kalibratie ( $M_B$ ) van SN Ia. Dit elimineert de circulariteit die vaak voorkomt in afstandsladder-analyses die afhankelijk zijn van priors uit het vroege Universum.
Integratie van DESI DR1: De studie incorporeert de nieuwste precisie-BAO-metingen van DESI, die een hogere precisie (ongeveer 0,49%) bieden op de isotrope schaal vergeleken met eerdere SDSS-surveys, ondanks het feit dat ze slechts de helft van het beoogde survey-oppervlak beslaan.
Robuuste Reconstructie: Door GP-regressie te gebruiken met een fiducieel $\Lambda$ CDM-prior, tonen de auteurs aan dat de reconstructieresultaten robuust zijn tegen de keuze van de gemiddelde functie (het vergelijken van $\Lambda$ CDM en $w_0w_a$ CDM) en het aantal gereconstrueerde curven, wat de stabiliteit van de methode bevestigt.

Resultaten
Gebruikmakend van de gecombineerde restricties van vijf DESI BAO-roodverschuivingen ( $z = 0,51, 0,706, 0,93, 1,317, 2,33$ ), leiden de auteurs een Hubble-constante af van:
$H_0 = 68,4^{+1,0}_{-0,8} \text{ km s}^{-1} \text{ Mpc}^{-1}$
bij een betrouwbaarheidsinterval van 68%, wat overeenkomt met een nauwkeurigheid van 1,3%.

Consistentie: Dit resultaat is in uitstekende overeenstemming (binnen 1 $\sigma$ ) met de Planck CMB-resultaten ( $67,4 \pm 0,5$ ) en de Tip of the Red Giant Branch (TRGB) resultaten ( $68,5 \pm 1,5$ ).
Spanning: De meting blijft in een 4,3 $\sigma$ spanning met de resultaten van het SH0ES-project ( $73,04 \pm 1,04$ ).
Gevoeligheidsanalyse: De auteurs merken op dat de inclusie van de Luminous Red Galaxy (LRG) tracer een niet-verwaarloosbare invloed introduceert. Het uitsluiten van specifieke LRG-datapunten verschuift het resultaat licht (bijv. naar $69,7^{+1,1}_{-1,0}$ zonder LRG1), wat wijst op potentiële systematische effecten in de LRG-tracer die toekomstig onderzoek in DESI 3-jaar en 5-jaar data vereisen.
Extrapolatie naar hoge roodverschuiving: De analyse erkent dat het Lyman- $\alpha$ -punt ( $z=2,33$ ) buiten het roodverschuivingsbereik van de SN Ia en CC-data ligt, wat potentieel bias kan introduceren. Het uitsluiten van dit punt levert een gecorrigeerde schatting op van $68,6 \pm 1,0$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ , die consistent blijft met het primaire resultaat.

Betekenis
Het artikel beweert dat dit resultaat een fundamentele kosmologische meting biedt met minimale aannames, die uitsluitend steunt op datagedreven reconstructies. De auteurs argumenteren dat de aanhoudende spanning tussen hun DESI-gebaseerde resultaat en de lokale SH0ES-metingen suggereert dat de Hubble-spanning niet louter een discrepantie is tussen observaties bij lage en hoge roodverschuiving (aangezien DESI intermediaire roodverschuivingen verkent), maar eerder wijst op een dieper fysiek verschil tussen het vroege en het late Universum. Het werk ondersteunt de geldigheid van de expansiegeschiedenis van het standaard $\Lambda$ CDM-model, terwijl het de noodzaak benadrukt om systematische effecten in lokale afstandsladders of nieuwe fysica in het vroege Universum te onderzoeken om de resterende spanning op te lossen.

Het Grote Mysterie: De Snelheidslimiet van het Universum

Het Nieuwe Detectiewerk: DESI

De Methode: Een "Niet-gekalibreerde" Liniaal

De Resultaten: Een Nieuw Verdict

Wat dit betekent

Meer zoals dit