Korzystając z Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbaastronomowie udoskonalili pomiar stałej Hubble’a, badając SN H0pe, supernową typu Ia z soczewką grawitacyjną.
Podejście to, łączące soczewkowanie grawitacyjne i obserwacje z opóźnieniem czasowym, umożliwia dokładniejsze określenie tempa rozszerzania się Wszechświata, pomagając pogodzić pewne różnice między wcześniejszymi pomiarami.
Pomiar stałej Hubble’a, która określa tempo rozszerzania się Wszechświata, jest dynamiczną dziedziną badań astronomów na całym świecie. Naukowcy ci analizują dane z obserwatoriów naziemnych i orbitalnych. NASAKosmiczny Teleskop Jamesa Webba wniósł już znaczący wkład w tę dyskusję. Na początku tego roku astronomowie wykorzystali dane Webba, które obejmowały zmienne cefeidy i supernowe typu Ia – oba wiarygodne znaczniki odległości kosmicznej – aby potwierdzić wcześniejsze pomiary tempa ekspansji Wszechświata wykonane przez sondę NASA Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
Teleskop Webba i soczewkowanie grawitacyjne
Obecnie badacze wykorzystują niezależną metodę pomiaru, aby jeszcze bardziej poprawić precyzję stałej Hubble’a — supernowych soczewkowanych grawitacyjnie. Brenda Frye z Uniwersytetu w Arizonie oraz zespół wielu badaczy z różnych instytucji na całym świecie przewodzą tym wysiłkom po odkryciu przez Webba trzech punktów świetlnych w kierunku odległej i gęsto zaludnionej gromady galaktyk. Zapraszamy dr Frye’a, aby opowiedział nam więcej o tym, co zespół nazwał Supernową H0pe i o tym, jak efekty soczewkowania grawitacyjnego zapewniają wgląd w stałą Hubble’a:
Odkrycie i analiza SN H0pe
„Wszystko zaczęło się od jednego pytania zespołu: «Co to za trzy kropki, których wcześniej nie było?» Czy to może być supernowa? Punkty świetlne, niewidoczne na obrazach tej samej gromady za pomocą Hubble’a w 2015 r., były oczywiste, gdy obrazy PLCK G165.7+67.0 przybyły na Ziemię z obserwacji Webba w czasie gwarantowanym czasu pierwszorzędnych obszarów pozagalaktycznych dla nauki o reionizacji i soczewkowaniu (PEARLS)”. Program klastrów. Zespół zauważa, że pytanie to jako pierwsze przyszło na myśl nie bez powodu: „Pole G165 zostało wybrane do tego programu ze względu na duże tempo powstawania gwiazd, wynoszące ponad 300 mas Słońca rocznie, a cecha ta koreluje z występowaniem wyższych supernowych”. stawki.
Aby uzyskać trzy obrazy, światło przemieszczało się trzema różnymi drogami. Ponieważ każda droga miała inną długość, a światło przemieszczało się z tą samą prędkością, na tej obserwacji Webba sfotografowano supernową w trzech różnych momentach wybuchu. Wielokrotnie fotografowana supernowa oferuje astronomom unikalny sposób obliczenia nowej wartości stałej Hubble’a – szybkości, z jaką Wszechświat przyspiesza.
Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Brenda Frye (University of Arizona), Rogier Windhorst (ASU), S. Cohen (ASU), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU)
„Wstępne analizy potwierdziły, że te kropki odpowiadają eksplodującej gwieździe o rzadkich właściwościach. Po pierwsze, jest to supernowa typu Ia, eksplozja a biały karzeł gwiazda. Ten typ supernowej jest ogólnie nazywany „świecą standardową”, co oznacza, że supernowa ma znaną wewnętrzną jasność. Po drugie, jest soczewkowany grawitacyjnie.
„Soczewkowanie grawitacyjne jest ważne w tym eksperymencie. Soczewka składająca się z gromady galaktyk znajdującej się pomiędzy supernową a nami zagina światło supernowej w wiele obrazów. Przypomina to sytuację, w której potrójne lusterko kosmetyczne przedstawia trzy różne obrazy osoby siedzącej przed nim. Na obrazie Webba zostało to zademonstrowane na naszych oczach, ponieważ środkowy obraz został odwrócony w stosunku do pozostałych dwóch obrazów, co stanowi efekt „soczewkowania” przewidywany przez teorię.
„Aby uzyskać trzy obrazy, światło podróżowało trzema różnymi drogami. Ponieważ każda droga miała inną długość, a światło przemieszczało się z tą samą prędkością, na tej obserwacji Webba sfotografowano supernową w trzech różnych momentach wybuchu. W analogii z potrójnym lustrem nastąpiło opóźnienie czasowe, w którym prawe lustro przedstawiało osobę podnoszącą grzebień, lewe lustro pokazywało czesanie włosów, a środkowe lustro przedstawiało osobę odkładającą grzebień.
„Potrójne obrazy supernowych są wyjątkowe: opóźnienia czasowe, odległość supernowej i właściwości soczewkowania grawitacyjnego dają wartość stałej Hubble’a, czyli H0 (wymawiane H-nic). Supernową nazwano SN H0pe, ponieważ daje astronomom nadzieję na lepsze zrozumienie zmieniającego się tempa ekspansji Wszechświata.
Implikacje i przyszłe badania
„W celu dalszego zbadania SN H0pe zespół PEARLS-Clusters napisał propozycję czasu dyskrecyjnego dyrektora Webba (DDT), która została oceniona przez ekspertów naukowych w podwójnie anonimowym przeglądzie i zarekomendowana przez Webb Science Policies Group do obserwacji DDT. Równolegle zebrano dane za pomocą MMT, 6,5-metrowego teleskopu na górze Hopkins i Wielkiego Teleskopu Lornetkowego na górze Graham, oba w Arizonie. Analizując obie obserwacje, nasz zespół był w stanie potwierdzić, że SN H0pe jest zakotwiczona w galaktyce tła, daleko za gromadą, która istniała 3,5 miliarda lat po Wielki Wybuch.
„SN H0pe to jedna z najodleglejszych zaobserwowanych dotychczas supernowych typu Ia. Inny członek zespołu dokonał kolejnego pomiaru opóźnienia czasowego, analizując ewolucję światła rozproszonego na składowe kolory, czyli „widmo” z Webba, potwierdzając naturę SN H0pe typu Ia.
„Siedem podgrup stworzyło modele soczewek opisujące dwuwymiarowy rozkład materii w gromadzie galaktyk. Ponieważ supernowa typu Ia jest świecą standardową, każdy model soczewki został „stopniowany” pod kątem jego zdolności do przewidywania opóźnień czasowych i jasności supernowej w stosunku do rzeczywistych zmierzonych wartości.
„Aby zapobiec stronniczości, wyniki tych niezależnych grup zostały zaślepione i ujawnione sobie nawzajem w ogłoszonym dniu i godzinie „odślepienia na żywo”. Zespół podaje wartość stałej Hubble’a na 75,4 km na sekundę megaparsekplus 8,1 lub minus 5,5.[Jeden[Oneparsek odpowiada odległości 3,26 lat świetlnych.]To dopiero drugi pomiar stałej Hubble’a tą metodą i pierwszy raz przy użyciu standardowej świecy. Główny badacz programu PEARLS zauważył: „To jedno z największych odkryć Webba, które prowadzi do lepszego zrozumienia tego podstawowego parametru naszego wszechświata”.
„Wyniki naszego zespołu są imponujące: wartość stałej Hubble’a odpowiada innym pomiarom we wszechświecie lokalnym i jest w pewnym stopniu sprzeczna z wartościami uzyskanymi, gdy Wszechświat był młody. Obserwacje Webba w cyklu 3 poprawią niepewności, umożliwiając bardziej czułe ograniczenia dla H0.
Autorski
- Brenda Frye jest profesorem na Wydziale Astronomii Uniwersytetu Arizony i astronomem w Obserwatorium Stewarda. Jest współprzewodniczącą oddziału PEARLS-Clusters w zespole Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).
- Kilku członków zespołu badawczego również przyczyniło się do powstania tego artykułu: Seth Cohen (Arizona State University), Patrick Kamieneski (Arizona State University), Mari Polletta (INAF Instituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica), Justin Pierel (Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych), Wenlei Chen (Uniwersytet Oklahoma), Massimo Pascale (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley), Rogier Windhorst (Uniwersytet Stanowy w Arizonie, główny badacz PEARLS)
Notatka redaktora: W tym poście omówiono aktualne dane naukowe Webba, które nie zostały jeszcze poddane procesowi recenzji.
