Stringent constraint on the CCC+TL cosmology with $H(z)$ Measurements

Dit onderzoek toont aan dat het CCC+TL-kosmologische model, hoewel het een mogelijke verklaring biedt voor JWST-observaties, sterk wordt weerlegd door onafhankelijke $H(z)$-metingen ten gunste van het $\Lambda$CDM-model, wat suggereert dat de waargenomen spanningen waarschijnlijk voortkomen uit de intrinsieke eigenschappen van vroege sterrenstelsels.

De kern

Titel: De Kosmische "Snelheids-Check": Waarom een nieuw universum-model vastloopt

Stel je voor dat het heelal een enorm, uitdijend luchtballonnetje is. Sinds de jaren '20 weten we dat dit ballonnetje groeit, en dat sterrenstelsels zich van elkaar verwijderen. De standaardtheorie die we al decennia gebruiken om dit te verklaren, heet ΛCDM (uitgesproken als "Lambda CDM"). Het is als een goed onderhouden, betrouwbare auto die al jarenlang soepel rijdt, zelfs als we er soms even niet helemaal uitkomen.

Maar toen de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) in 2021 de ruimte in ging, gebeurde er iets vreemds. Deze superkrachtige telescoop keek naar heel jonge sterrenstelsels, ver weg in het verleden. Ze zagen dat deze jonge stelsels er heel klein uitzagen, veel kleiner dan de "oude auto" (ΛCDM) voorspelde dat ze zouden moeten zijn. Het was alsof je een baby olifant zag die eruitzag als een muis.

De Nieuwe "Oplossing": Het CCC+TL-model

Om dit raadsel op te lossen, stelde een wetenschapper (Gupta) een nieuw model voor: CCC+TL.
Stel je voor dat je een nieuwe motor probeert in te bouwen in onze auto. Deze nieuwe motor heeft twee bizarre, maar interessante ideeën:

1. De lichtsnelheid verandert: In plaats van dat licht altijd even snel gaat, zou het in het verleden langzamer hebben gereisd (de "Tired Light" theorie).
2. Krachten veranderen: De zwaartekracht en andere fundamentele krachten zouden mee veranderen met de tijd.

Het mooie van dit nieuwe model is dat het de "kleine baby olifanten" van JWST perfect verklaart. Als licht langzamer gaat en de krachten anders werken, dan lijken die jonge sterrenstelsels inderdaad kleiner dan ze in werkelijkheid zijn. Het leek een perfecte oplossing!

De Test: De "Snelheidsmeter" van het Heelal

Maar in de wetenschap mag je niet alleen kijken naar één probleem. Je moet je nieuwe motor ook testen op de snelweg. In dit geval is die snelweg de uitdijingssnelheid van het heelal, gemeten door "kosmische chronometers" (oude, rustige sterrenstelsels die fungeren als een uurwerk).

De auteurs van dit artikel (Lei en collega's) hebben de nieuwe CCC+TL-motor op deze snelheidstest gezet. Ze hebben gekeken of de instellingen die nodig zijn om de "kleine baby olifanten" (JWST-data) te verklaren, ook kloppen met de snelheid van het uitdijende heelal.

Het Resultaat: De Motor loopt vast

Het nieuws is niet goed voor het nieuwe model. Hier is wat er gebeurde, in simpele termen:

• Twee verschillende verhalen: Om de kleine sterrenstelsels te verklaren, moet de nieuwe motor heel hard op de lichtsnelheid variëren (een specifieke instelling, genaamd $\alpha$, moet negatief zijn). Maar als je kijkt naar de snelheid van het uitdijende heelal, zegt de data dat die variatie juist positief of heel anders moet zijn.
• De "Likelihood Ratio": De auteurs berekenden hoe waarschijnlijk het is dat het nieuwe model klopt. Het resultaat was verpletterend: de kans dat het nieuwe model zowel de kleine sterrenstelsels als de uitdijingssnelheid correct beschrijft, is ongeveer 1 op 100 biljoen. Dat is net zo waarschijnlijk als dat je in één keer de loterij wint terwijl je blind je hand in een bak met zand steekt.
• De oude auto wint: De standaardtheorie (ΛCDM) deed het juist uitstekend. Hij kon de snelheid van het uitdijende heelal perfect voorspellen, en hoewel hij moeite heeft met de "grootte" van de jonge sterrenstelsels, is dat een probleem dat we misschien kunnen oplossen door beter te begrijpen hoe sterrenstelsels groeien, in plaats van de hele natuurkunde te herschrijven.

De Conclusie: Geen nieuwe wetten, maar een nieuw inzicht

De boodschap van dit onderzoek is als volgt:

Het probleem met de "kleine" jonge sterrenstelsels die JWST ziet, komt waarschijnlijk niet doordat de wetten van het heelal (zoals de lichtsnelheid) anders zijn dan we denken. Het komt waarschijnlijk doordat we de ontwikkeling van sterrenstelsels zelf nog niet helemaal begrijpen.

Misschien zijn die jonge sterrenstelsels gewoon echt heel compact en klein, en groeien ze later pas uit tot de grote, uitgestrekte stelsels die we nu kennen. Het is alsof we dachten dat baby's altijd klein moesten zijn omdat de wereld te klein was, terwijl ze eigenlijk gewoon nog niet volgroeid zijn.

Kortom: De nieuwe "CCC+TL" theorie is een creatieve poging, maar hij faalt op de cruciale snelheidstest. De oude theorie (ΛCDM) blijft de beste kandidaat, en de mysterieuze kleine sterrenstelsels zijn waarschijnlijk een teken dat we meer moeten leren over de geboorte van sterrenstelsels, niet over de geboorte van het heelal zelf.

Technische samenvatting

Titel: Strikte beperking van de CCC+TL-cosmologie met 𝐻(𝑧)-metingen

Auteurs: Lei Lei et al. (Purple Mountain Observatory, USTC, Universiteit van Trente)
Publicatiedatum: 3 maart 2026 (Preprint)
Tijdschrift: MNRAS (in voorbereiding)

---

1. Het Probleem

De lancering van de James Webb Space Telescope (JWST) heeft een revolutionaire periode in de observationele kosmologie ingeluid, maar heeft ook aanzienlijke uitdagingen opgeworpen voor het standaard $\Lambda$CDM-model. Specifiek hebben waarnemingen van compacte sterrenstelsels op hoge roodverschuiving ($z$) onverwacht kleine hoekdiameters onthuld die moeilijk te verenigen zijn met de voorspellingen van $\Lambda$CDM.

Om deze discrepantie op te lossen, is onlangs het hybride CCC+TL-model (Covarying Coupling Constants + Tired Light) voorgesteld door Gupta (2023). Dit model probeert de waarnemingen te verklaren door:

1. Variërende lichtsnelheid (CCC): De lichtsnelheid $c$ evolueert met de schaalfactor van het heelal.
2. Vermoeide Lucht (TL): Fotonen verliezen energie tijdens hun reis door de ruimte, wat bijdraagt aan de waargenomen roodverschuiving.

Hoewel dit model de afstanden van Type Ia-supernova's (SNe Ia) goed beschrijft en de leeftijd van het heelal uitbreidt tot $\approx 26,7$ Gyr (wat de vorming van vroege sterrenstelsels en zwarte gaten zou vergemakkelijken), is het nog niet getest tegen onafhankelijke, modelonafhankelijke metingen van de uitdijingsgeschiedenis.

2. Methodologie

De auteurs testen de geldigheid van het CCC+TL-model door het te confronteren met metingen van de Hubble-parameter $H(z)$, verkregen via kosmische chronometers (passief evoluerende sterrenstelsels). Deze methode is modelonafhankelijk omdat deze de differentiële leeftijd van sterrenbevolkingen gebruikt in plaats van standaardkaarsen of geometrische aannames.

• Data: 32 onafhankelijke $H(z)$-datapunten in het roodverschuivingsbereik $0.01 < z < 2$.
• Modelanalyse:
  • De auteurs gebruiken de formules uit Gupta (2023) voor de Hubble-parameter in het CCC+TL-model, waarbij de totale roodverschuiving ($z_{CCC+TL}$) wordt ontleed in een CCC-component en een TL-component.
  • Ze voeren twee soorten analyses uit:
    1. Voorspelling: Ze nemen de best-fit parameters die door Gupta (2023) zijn afgeleid uit de Pantheon+ SNe Ia-dataset (met name de parameter voor de variatie van de lichtsnelheid, $\alpha = -47.59$) en voorspellen de $H(z)$-waarden.
    2. Vrije fitting: Ze passen het CCC+TL-model vrij aan op de $H(z)$-dataset om te zien of er een consistente parameterreeks bestaat die zowel SNe Ia als $H(z)$ kan verklaren.
• Statistiek: Ze gebruiken een Bayesiaanse analyse met een log-likelihood-functie (gaussian verdeling), waarbij rekening wordt gehouden met systematische onzekerheden en covariantiematrices. De prestaties worden vergeleken met het standaard $\Lambda$CDM-model via $\chi^2$, het Akaike Informatiecriterium (AIC) en het Bayesiaanse Informatiecriterium (BIC).

3. Belangrijkste Bijdragen en Resultaten

A. Falen van de SNe Ia-geoptimaliseerde parameters

Wanneer de parameters die specifiek zijn geoptimaliseerd voor SNe Ia (Gupta 2023) worden gebruikt om de $H(z)$-data te voorspellen, wijkt het CCC+TL-model sterk af van de waarnemingen.

• De voorspelde $H(z)$-curve (rode stippellijn in Figuur 1) komt niet overeen met de meetpunten, vooral op hogere roodverschuivingen.
• In tegenstelling hieraan past het $\Lambda$CDM-model de $H(z)$-data uitstekend aan met consistente parameters.

B. Interne spanning binnen het CCC+TL-model

De meest kritieke bevinding is een ernstige interne inconsistentie binnen het CCC+TL-model zelf:

• De parameter $\alpha$ (de exponent voor de variatie van de lichtsnelheid) die nodig is om de SNe Ia-data te fitten, is $\alpha \approx -47.59$.
• De parameter $\alpha$ die nodig is om de $H(z)$-data te fitten, is $\alpha \approx 13.03$.
• Deze twee waarden zijn fundamenteel incompatibel. De SNe Ia-waarde ligt ver buiten het 1$\sigma$-betrouwbaarheidsinterval van de $H(z)$-posterior.

C. Statistische significantie

De statistische vergelijking toont een overweldigende voorkeur voor $\Lambda$CDM:

• $\Delta\chi^2$: Het verschil in $\chi^2$ tussen het CCC+TL-model (geoptimaliseerd voor SNe Ia) en $\Lambda$CDM voor de $H(z)$-data is 61.52.
• Likelihood Ratio: De waarschijnlijkheidsverhouding ($R$) om de SNe Ia-geoptimaliseerde parameters te gebruiken voor de $H(z)$-data is $R \approx 1.7 \times 10^{-14}$. Dit betekent dat de twee datasets binnen het CCC+TL-raamwerk met een zeer hoog betrouwbaarheidsniveau met elkaar in strijd zijn.
• Zelfs wanneer het CCC+TL-model vrij wordt gefit op de $H(z)$-data, presteert het slechter dan $\Lambda$CDM (hogere AIC/BIC waarden).

D. Fysische interpretatie

Figuur 4 toont de variatie van de lichtsnelheid $c/c_0$.

• De SNe Ia-data vereist een snel afnemende lichtsnelheid met de kosmische leeftijd.
• De $H(z)$-data suggereert daarentegen een minimale evolutie van de lichtsnelheid.
  Deze tegenstrijdige tekenen van de beste-fit $\alpha$-parameter ondermijnen de fysische coherentie van het model.

4. Conclusie en Betekenis

De studie concludeert dat het CCC+TL-model, hoewel het een mogelijke oplossing biedt voor de schijnbare hoekdiameter-problematiek van JWST, niet levensvatbaar is als een universeel alternatief voor $\Lambda$CDM. Het model faalt in de cruciale test van "multi-probe consistentie": het kan niet tegelijkertijd de afstandsmetingen (SNe Ia) en de uitdijingsgeschiedenis ($H(z)$) verklaren met één zelfconsistent set parameters.

Significantie:

1. Validatie van $\Lambda$CDM: Het standaardmodel blijft robuust tegenover de onafhankelijke $H(z)$-metingen, ondanks de uitdagingen op het gebied van vroege sterrenstelselvorming.
2. Oorzaak van de JWST-spanning: De auteurs suggereren dat de spanning veroorzaakt door de compacte hoge-$z$-sterrenstelsels die door JWST worden waargenomen, waarschijnlijk niet voortkomt uit een gebrek aan het kosmologische model, maar uit een onvolledig begrip van de intrinsic eigenschappen en evolutie van vroege sterrenstelsels (bijvoorbeeld snellere vorming of kleinere intrinsieke maten dan eerder gedacht).
3. Methodologische waarschuwing: Het artikel benadrukt het belang van het testen van nieuwe kosmologische modellen tegen modelonafhankelijke probes zoals kosmische chronometers, voordat deze als geldige alternatieven worden geaccepteerd.

Kortom, de "JWST high-$z$ galaxy size tension" lijkt een astrofysisch probleem te zijn binnen het kader van $\Lambda$CDM, en niet een bewijs voor de noodzaak van een radicaal nieuw kosmologisch paradigma zoals CCC+TL.