Supernovagegevens dagen constante donkere energie uit — niet meteen de versnelde uitdijing

De zorgvuldigste conclusie uit de nieuwste resultaten is niet dat de versnelde uitdijing van het heelal is weerlegd. Wél staat de aanname van constante donkere energie nadrukkelijker ter discussie.

Type Ia-supernova’s gelden als zogeheten standaardiseerbare kaarsen: uit hun gemeten helderheid kunnen astronomen kosmische afstanden afleiden. Maar die omzetting is afhankelijk van correcties voor onder meer de omgeving, de gastheerster en mogelijke evolutie van de supernova zelf. Precies die correcties vormen nu de kern van het debat.

Pantheon+: de leeftijd van voorlopersterren en een richtingseffect

De TIFR–Oxford-groep heranalyseerde de Pantheon+-catalogus met een correctie voor een mogelijke afhankelijkheid van de gestandaardiseerde helderheid van Type Ia-supernova’s van de leeftijd van de stellaire voorloperpopulatie. In hun kosmografische analyse verschoof daardoor de gemiddelde, richtingsonafhankelijke component van de vertragingsparameter naar positieve waarden — dus richting vertraging — terwijl een lokale richtingsafhankelijke dipoolcomponent, in verband gebracht met een grootschalige materiestroom, vrijwel gelijk bleef. 3

Dat betekent niet automatisch dat kosmische versnelling een illusie is. Als de helderheid van supernova’s inderdaad mee evolueert met de leeftijd van het voorlopersysteem en dat effect onvolledig wordt gemodelleerd, kan de afgeleide uitdijingsgeschiedenis veranderen.

Hoe sterk die leeftijdscorrectie werkelijk is, blijft echter omstreden. Een eerdere analyse concludeerde dat de resterende relatie tussen leeftijd en helderheid, na een uitgebreidere behandeling van onzekerheden, in het onderzochte monster verenigbaar was met nul. 12 Dit soort systematische onzekerheid moet worden opgehelderd voordat een aanpassing in de kalibratie als een kosmologische doorbraak kan gelden.

Waarom de claim van géén versnelling wordt betwist

De interpretatie van Pantheon+ ligt dus nog open. Een latere heranalyse van 1.564 supernova’s meldde dat een fout in de coördinaten bij een hemisferentest was gecorrigeerd. Ook na toepassing van dezelfde leeftijdscorrectie als in de andere analyse bleef het volledige monster volgens deze studie in een versnellend regime. 2

Daarnaast rapporteerde de definitieve vijfjaarsanalyse van de Dark Energy Survey dat supernovagegevens, binnen een vlak ΛCDM-model en inclusief systematische onzekerheden, versnelling met meer dan 5σ vereisen. In dezelfde studie bleef donkere energie binnen ongeveer 2σ verenigbaar met een kosmologische constante. 27

De discussie draait daarom niet alleen om de vraag versnelling of niet. Het gaat ook om de methode: welke modellen voor supernova-evolutie, kalibratie, objectselectie en lokale snelheden zijn goed genoeg om een uitspraak over het heelal als geheel te doen?

De catalogus met 2.884 supernova’s: verandert donkere energie met de tijd?

Een tweede recente onderzoekslijn verwerpt versnelde uitdijing niet per se. De samengevoegde catalogus Unite, waarin Pantheon+ en DES-SN5YR zijn gecombineerd, bevat 2.884 waarschijnlijke Type Ia-supernova’s en wordt gepresenteerd als de grootste intern consistente dataset van dit type. 34

Analyses van deze dataset zijn beschreven als een aanwijzing dat donkere energie mogelijk met de kosmische tijd verandert, in plaats van exact constant te zijn zoals Λ. Dat is geen bewijs: de uitkomst hangt af van het gekozen kosmologische model en van welke datasets worden gecombineerd. 37

Die richting sluit aan bij resultaten van DESI, de Dark Energy Spectroscopic Instrument. De BAO-metingen van DESI alleen — BAO staat voor baryon acoustic oscillations, patronen in de verdeling van sterrenstelsels die als kosmische meetlat dienen — zijn verenigbaar met een constante toestandsvergelijking van donkere energie: (w=-0{,}99^{+0{,}15}_{-0{,}13}). Maar bij combinatie met de kosmische microgolfachtergrond of Type Ia-supernova’s, én wanneer een tijdsafhankelijk (w) wordt toegestaan, ontstaat een voorkeur voor veranderlijke donkere energie. 25 Dat is een interessant signaal, geen definitieve einduitspraak.

Wat deze resultaten samen wel en niet zeggen

De twee onderzoekslijnen wijzen op verschillende mogelijkheden die alle serieus getoetst moeten worden:

• Systematische effecten bij supernova’s: de leeftijd van voorlopers, eigenschappen van gastheerstelsels, stof, kalibratie, steekproefselectie en lokale kosmische structuur kunnen de uit Type Ia-supernova’s afgeleide afstanden beïnvloeden.
• Donkere energie hoeft niet constant te zijn: de versnelling kan reëel zijn, terwijl een onveranderlijke kosmologische constante Λ te eenvoudig is als beschrijving.
• Lokale of richtingseffecten: een dipoolcomponent kan samenhangen met de beweging van onze lokale omgeving of met grootschalige stromen, in plaats van met een fundamentele schending van isotropie op kosmische schaal.

Geen van deze mogelijkheden betekent dat ΛCDM — het standaardmodel met een kosmologische constante en koude donkere materie — in zijn geheel is ingestort. Het blijft het voornaamste werkmodel van de observationele kosmologie. Maar de fysieke aard van donkere energie en donkere materie is nog altijd onbekend. Daarom verdienen afwijkingen in de data en aanwijzingen voor alternatieven strenge controle.

Wat Rubin Observatory kan verduidelijken

De tienjarige Legacy Survey of Space and Time van het Vera C. Rubin Observatory kan de discussie aan een veel scherpere toets onderwerpen. Prognoses voor LSST schatten dat de survey ongeveer 100.000 Type Ia-supernova’s tot roodverschuiving (z=1) zou kunnen verzamelen. Dat biedt veel meer statistische slagkracht om de uitdijingsgeschiedenis te meten. 40

Het grote voordeel is niet alleen het aantal waarnemingen. Een grotere en homogener waargenomen steekproef, met betere informatie over gastheerstelsels en een bredere dekking van de hemel, kan uitwijzen of leeftijdscorrecties en richtingsafwijkingen terugkeren. Rubin verwacht over de volledige survey tienduizenden goed bemeten lichtcurven van Type Ia-supernova’s te verkrijgen. 49

Kortom: de nieuwe gegevens vergroten de druk op het simpelste beeld van een constante Λ, maar rechtvaardigen nog niet de conclusie dat het heelal niet versnelt. De doorslag zal afhangen van de vraag of toekomstige, grotere surveys kosmische fysica kunnen onderscheiden van subtiele astrofysische vertekeningen in supernovametingen.