De weergave van het universum van Quasar “Clocks” was 5 keer langzamer na de oerknal

Observatiegegevens van bijna 200 quasars laten zien dat Einstein – alweer – gelijk had over de tijdsuitbreiding van het universum.

Wetenschappers hebben voor het eerst opgemerkt dat het vroege heelal in extreem langzame beweging bewoog, waardoor een van de mysteries van het uitdijende universum van Einstein werd ontsloten.

Einsteins algemene relativiteitstheorie houdt in dat we het verre – en dus oude – heelal veel langzamer zouden moeten zien werken dan nu het geval is. Terugkijken op die tijd is echter ongrijpbaar gebleken. Wetenschappers hebben dit mysterie nu kunnen oplossen door quasars als “klokken” te gebruiken.

zei hoofdauteur van de studie, professor Geraint Lewis van de University of Sydney’s School of Physics en het Sydney Institute of Astronomy.

“Als je daarbuiten zou zijn, in dit jonge universum, zou een seconde een seconde lijken – maar vanaf onze locatie, meer dan 12 miljard jaar in de toekomst, lijkt die vroege tijd vertraging op te lopen.”

Het onderzoek werd op 3 juli gepubliceerd in natuurlijke astronomie.

Professor Geraint Lewis is verbonden aan het Sydney Institute of Astronomy aan de School of Physics van de University of Sydney. Krediet: Universiteit van Sydney

Professor Lewis en zijn medeauteur, dr. Brendon Brewer van de Universiteit van Auckland, gebruikten waargenomen gegevens van bijna 200 quasars – superzware zwarte gaten in de centra van vroege sterrenstelsels – om deze tijddilatatie te analyseren.

“Dankzij Einstein weten we dat tijd en ruimte met elkaar verweven zijn, en sinds het begin der tijden in de oerknal-singulariteit is het universum aan het uitbreiden”, zei professor Lewis.

“Deze uitbreiding van de ruimte betekent dat onze waarnemingen van het vroege universum veel langzamer lijken te zijn dan de huidige tijdstromen.

“In dit artikel bewijzen we het tot ongeveer een miljard jaar later[{” attribute=””>Big Bang.”

Previously, astronomers have confirmed this slow-motion universe back to about half the age of the universe using supernovae – massive exploding stars – as ‘standard clocks’. But while supernovae are exceedingly bright, they are difficult to observe at the immense distances needed to peer into the early universe.

By observing quasars, this time horizon has been rolled back to just a tenth the age of the universe, confirming that the universe appears to speed up as it ages.

Professor Lewis said: “Where supernovae act like a single flash of light, making them easier to study, quasars are more complex, like an ongoing firework display. 

“What we have done is unravel this firework display, showing that quasars, too, can be used as standard markers of time for the early universe.”

Professor Lewis worked with astro-statistician Dr. Brewer to examine details of 190 quasars observed over two decades. Combining the observations taken at different colors (or wavelengths) – green light, red light, and into the infrared – they were able to standardize the ‘ticking’ of each quasar. Through the application of Bayesian analysis, they found the expansion of the universe imprinted on each quasar’s ticking.

“With these exquisite data, we were able to chart the tick of the quasar clocks, revealing the influence of expanding space,” Professor Lewis said.

These results further confirm Einstein’s picture of an expanding universe but contrast earlier studies that had failed to identify the time dilation of distant quasars.

“These earlier studies led people to question whether quasars are truly cosmological objects, or even if the idea of expanding space is correct,” Professor Lewis said.  

“With these new data and analysis, however, we’ve been able to find the elusive tick of the quasars and they behave just as Einstein’s relativity predicts,” he said.

Reference: “Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars” by Geraint F. Lewis and Brendon J. Brewer, 3 July 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-02029-2