Analiza przeprowadzona przez Uniwersytet w Chicago, mierząca tempo ekspansji Wszechświata, wykazała, że prawdopodobnie nie istnieje „napięcie Hubble’a”.
„Kryzys w kosmologii”, wywołany różnymi pomiarami ekspansji Wszechświata, może być bliski rozwiązania dzięki Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Nowe dane przeanalizowane przez naukowców sugerują, że napięcie Hubble’a może nie być tak poważne, jak wcześniej sądzono. Może to oznaczać, że nasz obecny model Wszechświata pozostaje dokładny.
Debata na temat tempa ekspansji Wszechświata
Wiemy wiele rzeczy o naszym wszechświecie, ale astronomowie wciąż zastanawiają się, jak szybko się on rozszerza. Tak naprawdę w ciągu ostatnich dwudziestu lat dwa główne sposoby pomiaru tej liczby – znane jako „stała Hubble’a” – dały różne odpowiedzi, co skłoniło niektórych do zastanowienia się, czy czegoś brakuje w naszym modelu działania Wszechświata.
Nowe spostrzeżenia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba
Jednak nowe pomiary wykonane przez potężny Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba wydają się sugerować, że mimo wszystko może nie dojść do konfliktu, znanego również jako „napięcie Hubble’a”.
W piśmie przesłanym do Dziennik astrofizyczny, Uniwersytet w Chicago kosmolog Wendy Freedman i jej współpracownicy przeanalizowali nowe dane zebrane przez NASApotężny Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba. Zmierzyli odległość do dziesięciu pobliskich galaktyk i zmierzyli nową wartość obecnego tempa rozszerzania się Wszechświata.
Ich pomiar wynosi 70 kilometrów na sekundę na megaparsekpokrywa się z inną główną metodą wyznaczania stałej Hubble’a.
„W oparciu o nowe dane z JWST i stosując trzy niezależne metody nie znajdujemy mocnych dowodów na napięcie Hubble’a” – powiedział Freedman, znany astronom oraz profesor astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie Johna i Marion Sullivan na Uniwersytecie w Chicago. „Wręcz przeciwnie, wygląda na to, że nasz standardowy model kosmologiczny wyjaśniający ewolucję Wszechświata sprawdza się.”
Napięcie Hubble’a?
Wiemy, że Wszechświat rozszerza się w czasie od 1929 r., kiedy absolwent UChicago, Edwin Hubble (SB 1910, dr 1917), dokonał pomiarów gwiazd, które wykazały, że najbardziej odległe galaktyki oddalają się od Ziemi szybciej niż pobliskie galaktyki. Jednak zaskakująco trudno było określić dokładną liczbę określającą, jak szybko Wszechświat rozszerza się w obecnym czasie.
Liczba ta, znana jako stała Hubble’a, jest niezbędna do zrozumienia historii wszechświata. To kluczowa część naszego modelu ewolucji Wszechświata w czasie.
„Potwierdzenie realności stałego napięcia Hubble’a miałoby znaczące konsekwencje zarówno dla fizyki podstawowej, jak i współczesnej kosmologii” – wyjaśnił Freedman.
Różne podejścia do pomiaru
Biorąc pod uwagę znaczenie i trudność dokonywania tych pomiarów, naukowcy testują je różnymi metodami, aby upewnić się, że są jak najdokładniejsze.
Jedno z głównych podejść polega na badaniu pozostałości światła po katastrofie Wielki Wybuchznane jako kosmiczne mikrofalowe tło. Obecnie najlepsze oszacowanie stałej Hubble’a za pomocą tej metody, które jest bardzo dokładne, wynosi 67,4 kilometrów na sekundę na megaparsek.
Drugą ważną metodą, w której specjalizuje się Freedman, jest bezpośredni pomiar ekspansji galaktyk w naszym lokalnym kosmicznym sąsiedztwie, przy użyciu gwiazd, których jasność jest znana. Tak jak światła samochodów wydają się słabsze, gdy są daleko, tak przy coraz większych odległościach gwiazdy wydają się coraz słabsze. Pomiar odległości i prędkości, z jaką galaktyki oddalają się od nas, mówi nam, jak szybko rozszerza się Wszechświat.
W przeszłości pomiary tą metodą zwracały wyższą wartość stałej Hubble’a – bliższą 74 kilometrom na sekundę na megaparsek.
Zagadka napięcia Hubble’a
Różnica ta jest na tyle duża, że niektórzy naukowcy spekulują, że w naszym standardowym modelu ewolucji Wszechświata może brakować czegoś istotnego. Na przykład, ponieważ jedna metoda uwzględnia najwcześniejsze dni wszechświata, a druga bieżącą epokę, być może z biegiem czasu we wszechświecie zmieniło się coś istotnego. To pozorne niedopasowanie stało się znane jako „napięcie Hubble’a”.
Wejdź do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) oferuje ludzkości nowe, potężne narzędzie umożliwiające widzenie w głąb kosmosu. Wysłany na orbitę w 2021 roku następca Teleskopu Hubble’a wykonał oszałamiająco ostre zdjęcia, ujawnił nowe aspekty odległych światów i zebrał bezprecedensowe dane, otwierając nowe okna na Wszechświat.
Freedman i jej współpracownicy wykorzystali teleskop do wykonania pomiarów dziesięciu pobliskich galaktyk, które stanowią podstawę do pomiaru tempa rozszerzania się Wszechświata.
Aby sprawdzić krzyżowo swoje wyniki, wykorzystali trzy niezależne metody. Pierwsza wykorzystuje typ gwiazdy znany jako cefeida zmienna, której jasność zmienia się w sposób przewidywalny w czasie. Druga metoda znana jest jako „Koniec gałęzi czerwonego olbrzyma” i wykorzystuje fakt, że gwiazdy o małej masie osiągają stałą górną granicę swojej jasności. Trzecia i najnowsza metoda wykorzystuje rodzaj gwiazd zwanych gwiazdami węglowymi, które mają spójne kolory i jasność w widmie światła bliskiej podczerwieni. Nowa analiza jest pierwszą, w której zastosowano wszystkie trzy metody jednocześnie w tych samych galaktykach.
Ponowna ocena stałej Hubble’a
W każdym przypadku wartości mieściły się w marginesie błędu wartości podanej metodą kosmicznej mikrofalowej metody tła wynoszącej 67,4 km na sekundę na megaparsek.
„Uzyskanie dobrej zgodności trzech zupełnie różnych typów gwiazd jest dla nas mocnym wskaźnikiem, że podążamy właściwą drogą” – powiedział Freedman.
Stała Hubble’a jest niezbędna do zrozumienia historii wszechświata.
„Przyszłe obserwacje za pomocą JWST będą miały kluczowe znaczenie dla potwierdzenia lub obalenia napięcia Hubble’a i oceny implikacji dla kosmologii” – powiedział współautor badania Barry Madore z Instytutu Instytut Nauki Carnegie i wykładowca wizytujący na Uniwersytecie w Chicago.
Odniesienie: „Raport o stanie programu Hubble’a Chicago-Carnegie (CCHP): trzy niezależne astrofizyczne określenia stałej Hubble’a przy użyciu kosmicznego teleskopu Jamesa Webba” autorstwa Wendy L. Freedman, Barry F. Madore, In Sung Jang, Taylor J. Hoyt , Abigail J. Lee i Kayla A. Owens, 12 sierpnia 2024 r., Astrofizyka > Kosmologia i astrofizyka pozagalaktyczna.
arXiv:2408.06153
Pozostali autorzy artykułu to naukowiec z UChicago In Sung Jang, Taylor Hoyt (doktorat’22, obecnie w Lawrence Berkeley National Laboratory) oraz absolwenci UChicago Kayla Owens i Abby Lee.
Finansowanie: NASA.
