🔭 astrophysics

New $H(z)$ measurement at Redshift = 0.12 with DESI Data Release 1

Deze studie gebruikt full-spectrum fitting op meer dan vierduizend massieve, passief evoluerende sterrenstelsels uit DESI Data Release 1 om een nieuwe meting van de Hubble-parameter te verkrijgen van $H(z=0.12)=71.33 \pm 4.20~{\rm km~s^{-1}~Mpc^{-1}}$ , wat consistent is met eerdere resultaten.

Oorspronkelijke auteurs: Ze-fan Wang, Lei Lei, Yi-zhong Fan

Gepubliceerd 2026-04-17

📖 4 min leestijd☕ Koffiepauze-leesvoer

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Ze-fan Wang, Lei Lei, Yi-zhong Fan

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

De Kosmische Klok: Hoe we de snelheid van het heelal opnieuw hebben gemeten

Stel je voor dat het heelal een gigantisch, onzichtbaar deken is dat zich steeds verder uitrekt. Sinds de oerknal is dit deken aan het rekken, en sterrenstelsels drijven hierdoor steeds verder uit elkaar. De vraag die astronomen al decennia bezighoudt, is: hoe snel gebeurt dit precies?

Deze snelheid staat bekend als de Hubble-constante. Het is een beetje zoals de snelheidsmeter van het heelal. Maar er is een probleem: verschillende meetmethoden geven verschillende antwoorden. Het is alsof je met één meetlint zegt dat de afstand 100 meter is, en met een ander meetlint dat het 110 meter is. Dit noemen we de "Hubble-spanning".

In dit nieuwe onderzoek, gebaseerd op data van de DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), hebben de auteurs een nieuwe, slimme manier bedacht om deze snelheid te meten. Ze gebruiken geen meetlinten, maar kosmische klokken.

1. De Kosmische Klokken: Oude, Rustige Sterrenstelsels

Om de snelheid van de uitdijing te meten, kijken de onderzoekers naar een heel specifiek type sterrenstelsel: enorme, oude en rustige sterrenstelsels.

De Analogie: Denk aan een groep mensen die allemaal op dezelfde dag zijn geboren en daarna nooit meer hebben geboekt. Als je naar een groepje kijkt dat 50 jaar oud is, en naar een groepje dat 60 jaar oud is, weet je precies hoeveel tijd er tussen zit.
In het heelal: Deze "rustige" sterrenstelsels hebben hun sterren al lang geleden gemaakt en vormen nu geen nieuwe meer. Ze zijn als een oude wijzerplaat die stil staat. Omdat ze zo oud en eenduidig zijn, kunnen we hun leeftijd heel nauwkeurig bepalen.

De onderzoekers hebben duizenden van deze "kosmische klokken" geselecteerd uit de nieuwste data van DESI. Ze hebben gekeken naar hun licht en hun kleur om te bepalen hoe oud ze zijn.

2. De Meting: Een Foto van het Verleden

Hoe meet je de snelheid van de uitdijing met deze klokken?

De Analogie: Stel je voor dat je op een lange reistocht zit. Je kijkt om je heen en ziet bomen. De bomen die je net voorbij bent, zijn "jonger" (in de zin van de reis) dan de bomen die je al lang geleden voorbij was. Als je weet hoe oud de bomen zijn en hoe ver ze van elkaar staan, kun je berekenen hoe snel je rijdt.
In de praktijk: De onderzoekers kijken naar sterrenstelsels op verschillende afstanden (en dus op verschillende tijdstippen in het verleden). Ze vergelijken de leeftijd van sterrenstelsels die net iets verder weg zijn met die van sterrenstelsels die iets dichterbij zijn. Het kleine verschil in leeftijd, gedeeld door het verschil in afstand, vertelt hen hoe snel het heelal op dat moment uitdijde.

3. De Nieuwe Resultaten

Met hun geavanceerde computerprogramma (dat ze "BAGPIPES" noemen, een beetje als een keukenmachine die het licht van sterrenstelsels "verwerkt" tot een leeftijd) hebben ze een nieuwe meting gedaan.

Ze vonden dat op een afstand die overeenkomt met een "roodverschuiving" van 0.12 (een relatief dichtbijzijnde plek in het heelal), het heelal zich uitbreidt met een snelheid van 71,33 kilometer per seconde per megaparsec.
Wat betekent dat? Voor elke miljoen lichtjaar dat je verder weg kijkt, bewegen objecten 71 kilometer per seconde sneller van je af.

4. Waarom is dit belangrijk?

Deze nieuwe meting is heel nauwkeurig en komt overeen met andere eerdere metingen. Het is alsof je een derde, onafhankelijke klok hebt die zegt: "Ja, jullie hebben gelijk, de snelheid is inderdaad rond de 71."

Dit helpt wetenschappers om te begrijpen of de "Hubble-spanning" (het verschil tussen andere metingen) komt door een fout in de meetmethode of door iets heel nieuws in de natuurkunde dat we nog niet begrijpen.

Samenvatting in één zin

De onderzoekers hebben duizenden oude, rustige sterrenstelsels gebruikt als kosmische klokken om te bewijzen dat het heelal op een bepaalde plek met een snelheid van ongeveer 71 km/s per megaparsec uitdijt, wat een stevige nieuwe steunpilaar is in ons begrip van de geschiedenis van het universum.

Titel: Nieuwe meting van H(z) bij roodverschuiving 0.12 met DESI Data Release 1

Auteurs: Ze-fan Wang, Lei Lei en Yi-zhong Fan
Publicatiedatum: 17 april 2026 (conceptversie)
Bron: DESI Data Release 1 (DR1)

1. Het Probleem: De Hubble-spanning

De moderne kosmologie rust op het $\Lambda$ CDM-model, maar er bestaat een significante spanning tussen de waarden van de Hubble-constante ( $H_0$ ) die worden afgeleid uit vroege het universum (zoals de kosmische microgolfachtergrondstraling, CMB) en die uit het late universum (zoals Type Ia supernova's).

Doel: Om te bepalen of deze discrepantie voortkomt uit onopgeloste systematische fouten of nieuwe fysica, zijn onafhankelijke metingen van de expansiesnelheid van het heelal, de Hubble-parameter $H(z)$ , als functie van de roodverschuiving ( $z$ ), cruciaal.
Aanpak: Het artikel richt zich op de methode van "kosmische chronometers" (CC). In tegenstelling tot BAO-metingen (Baryon Acoustic Oscillations), die afhankelijk zijn van een kosmologisch model voor de schaal van de geluidshorizon, is de CC-methode modelonafhankelijk. Het meet $H(z)$ direct via de afgeleide van de leeftijd van het heelal ten opzichte van de roodverschuiving:
$H(z) = -\frac{1}{1+z} \frac{dz}{dt}$

2. Methodologie

Dataverzameling en Steekproefselectie

De auteurs gebruiken data van de Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Data Release 1 (DR1), aangevuld met fotometrie van de DESI Legacy Imaging Surveys.

Selectiecriteria voor Kosmische Chronometers: Om betrouwbare "klokken" te vinden, zijn meer dan 4.000 zware, passief evoluerende sterrenstelsels geselecteerd op basis van:
1. Morfologie: Alleen vroege-type sterrenstelsels (elliptisch/lenticulair).
2. Massa en sSFR: Sterrenmassa $\log_{10}(M_*/M_\odot) > 11$ en een specifieke sterformatiesnelheid (sSFR) $\log_{10}(\text{sSFR}) < -11$ (rustige sterrenstelsels).
3. Emissielijnen: Geen sterke emissielijnen ([O II], H $\beta$ , H $\alpha$ met equivalente breedte < 4 Å).
4. Absorptielijnen: Een verhouding van de Ca II H/K lijnen < 1.3.
5. Roodverschuiving: $z < 0.2$ met een hoge signaal-ruisverhouding (S/N).
Datacorrectie: Er werd een stapfunctie toegepast om een bekende fout in de flux-onzekerheidsschatting van DESI DR1 te corrigeren.

Spectrale Fitting met BAGPIPES

Voor het bepalen van de sterrenleeftijden en de vormingsgeschiedenis (SFH) werd de code BAGPIPES gebruikt, met een aangepaste versie waarbij de kosmologische prior is verwijderd om modelonafhankelijkheid te garanderen.

Fitting-procedure: Een Bayesiaanse benadering die spectra en fotometrie gelijktijdig fit.
Sterrenpopulatie Synthese (SPS): Gebruikmakend van de Bruzual & Charlot (2003) modellen met een Kroupa (2001) initiële massafunctie.
Star Formation History (SFH): Twee modellen werden getest:
1. Vertraagd exponentieel afnemend (DED): $SFR(t) \propto (t-T_0)e^{-(t-T_0)/\tau}$ .
2. Dubbele power-law (DPL): Een meer flexibel model.
Ruismodel: Om de correlatie tussen spectrale pixels te modelleren (veroorzaakt door data-reductie), werd een Gaussisch Proces (GP) ruismodel gebruikt in plaats van witte ruis.
Validatie: Alleen fits met unimodale posterior-verdelingen en lage scheefheid (skewness) werden geaccepteerd.

3. Belangrijkste Resultaten

Fysieke Eigenschappen van de Steekproef

De geselecteerde steekproef van 3.429 sterrenstelsels toont de volgende kenmerken:

Hoge sterrenmassa: Gemiddeld $\log_{10}(M_*/M_\odot) \approx 11.16$ .
Rustige evolutie: Zeer lage stofextinctie ( $A_V \approx 0.10$ mag) en lage sSFR.
Snelle vorming: De tijdschaal van sterformatie ( $\tau$ ) is kort ( $\approx 0.76$ Gyr), wat wijst op een snelle vorming in het vroege heelal ("mass-downsizing").
Metaalrijkdom: De metaalrijkdom is licht super-zonair ( $Z/Z_\odot \approx 1.33$ ).
Leeftijd-Roodverschuiving: De afgeleide sterrenleeftijden tonen een duidelijke afname met toenemende roodverschuiving, wat consistent is met het $\Lambda$ CDM-model.

Meting van H(z)

Door de mediane leeftijd-ruimtelijke verhouding te construeren en de afgeleide $dz/dt$ te berekenen (met een niet-geadjacente differencing-methode om covariantie te minimaliseren), werd de volgende waarde verkregen bij een gemiddelde roodverschuiving van $z = 0.12$ :

$H(z = 0.12) = 71.33 \pm 3.45 \text{ (stat.) } \text{km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1}$

Systeemfouten:
De auteurs analyseerden systematische fouten door te variëren in binning-strategieën (gelijk verdeeld vs. gelijk populatie) en SFH-modellen (DED vs. DPL).

Binning-bijdrage: $\pm 1.71 \text{ km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1}$
SFH-bijdrage: $\pm 1.67 \text{ km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1}$

Eindresultaat (inclusief systematische fouten):
$H(z = 0.12) = 71.33 \pm 4.20 \text{ km s}^{-1} \text{Mpc}^{-1}$

4. Bijdragen en Betekenis

Onafhankelijke Validatie: Deze meting biedt een cruciale, modelonafhankelijke controle op de Hubble-constante die consistent is met andere methoden en het $\Lambda$ CDM-model, zonder afhankelijk te zijn van de CMB-geluidshorizon.
Gebruik van DESI DR1: Het artikel demonstreert de kracht van de eerste grote publicatie van DESI-data voor kosmologische studies, waarbij een grote steekproef van hoge kwaliteit spectra beschikbaar is voor het construeren van een robuuste set kosmische chronometers.
Technische Vooruitgang: Het succesvol toepassen van een Gaussisch Proces ruismodel en het gebruik van BAGPIPES zonder kosmologische prior op een zo grote schaal (4000+ sterrenstelsels) verbetert de nauwkeurigheid van leeftijdsschattingen aanzienlijk.
Systematische Analyse: De studie kwantificeert systematische onzekerheden gerelateerd aan binningsstrategieën en SFH-aannames, wat een blauwdruk biedt voor toekomstige onderzoeken met grotere datasets (zoals Euclid of WST).

Conclusie:
De auteurs concluderen dat de kosmische chronometer-methode, gecombineerd met full-spectrum fitting op DESI-data, een robuust en nauwkeurig instrument is om de expansiegeschiedenis van het heelal te meten. De gevonden waarde van $H(z=0.12)$ ondersteunt het huidige standaardmodel van de kosmologie en helpt de discussie over de Hubble-spanning te nuanceren door een onafhankelijke datapunt te leveren.