Najdokładniejsza jak dotąd obserwacja odległych gwiazd, które okresowo zmieniają swoją jasność, może skłonić do ponownego przemyślenia tempa rozszerzania się Wszechświata — być może poprzez rozwiązanie lub pogłębienie długotrwałego problemu w kosmologii.
Obserwacja potwierdza, że istnieje rozbieżność między dwiema głównymi metodami pomiaru prędkości Wszechświat Rozszerzanie, dopasowywanie się do jednego, a nie do drugiego, wynika z nowego badania.
Naukowcy z grupy Stellar wykorzystali dane zebrane przez Europę Jaya statek kosmiczny do nauki Gwiazdy zmienne cefeidy, która regularnie pulsuje, zapewniając metodę dokładnego pomiaru kosmicznych odległości. Technika pomiaru gwiazd cefeid rozszerza się o inne metody, takie jak te oparte na obserwacjach typu 1a supernowe.
Powiązany: Teleskop Hubble’a wyjaśnia tajemnicę tempa rozszerzania się Wszechświata
Emisja światła z supernowych, gigantycznych eksplozji, które mają miejsce pod koniec życia dużych gwiazd, jest tak jednorodna, że określa się je jako „świece standardowe” i stanowi ważną część tego, co astronomowie nazywają „kosmiczną drabiną odległości”. ” Metoda pomiaru odległości gwiazd cefeid dodaje kolejny „szczebel” do tej metaforycznej drabiny, a nowe badania wzmocniły ten szczebel.
„Opracowaliśmy sposób wyszukiwania cefeid należących do gromad gwiazd składających się z kilkuset gwiazd, sprawdzając, czy gwiazdy poruszają się razem w poprzek droga MlecznaWspółautor badania Richard Anderson, fizyk z Federalnej Szkoły Politechnicznej w Lozannie (EPFL) w Szwajcarii, — powiedział w oświadczeniu (Otwiera się w nowej karcie).
„Dzięki tej sztuczce możemy wykorzystać najlepszą wiedzę o pomiarach paralaksy Gai, jednocześnie korzystając ze wzrostu rozdzielczości oferowanego przez wiele gwiazd gromady” – powiedział Anderson. „Pozwoliło nam to przesunąć rozdzielczość poglądów Gai do granic możliwości i zapewnia najsilniejszy fundament, na którym może spoczywać drabina odległości”.
Kosmiczna skala odległości jest również używana do pomiaru tempa rozszerzania się wszechświata, znanego jako Stała Hubble’a. Ta nowa rekalibracja „stopnia” cefeidy pogłębia problem tempa ekspansji Wszechświata, który stał się znany jako „napięcie Hubble’a”.
Co to jest napięcie Hubble’a?
Na początku XX wieku fale uderzeniowe stały się popularne w fizyce i astronomii Edwina Hubble’a Ujawnił dowody na to, że wszechświat nie jest statyczny, jak sądzono w tamtym czasie, ale w rzeczywistości się rozszerza. Tak więc to tempo ekspansji stało się znane jako stała Hubble’a.
Ta koncepcja uległa poważnym zmianom pod koniec lat 90., kiedy astronomowie odkryli poprzez obserwacje odległych supernowych, że Wszechświat nie tylko się rozszerza, ale również się rozszerza. w przyspieszonym tempie. Od tego czasu mierzenie stałej Hubble’a stało się drażliwą kwestią dla astronomów i kosmologów, ponieważ istnieją dwa główne sposoby określania tej wartości — i nie są one zgodne.
Stosowana jest jedna metoda galaktykiPrędkości jako funkcja odległości dają stałą Hubble’a o wartości około 73 ± 1 kilometra na sekundę na megaparsek (km/s/Mpc), przy czym 1 megaparsek reprezentuje około 3,26 miliona lat świetlnych. Jest to znane jako rozwiązanie „późnego czasu”, ponieważ pochodzi z pomiarów wszechświata w ostatnich czasach.
Innym sposobem pomiaru stałej Hubble’a jest spojrzenie na światło z wydarzenia krótko po nim wielka eksplozja Nazywa się to „ostatnim rozpraszaniem”, w którym elektrony łączą się z protonami, tworząc pierwsze atomy. Ponieważ swobodne elektrony wcześniej rozpraszały fotony (cząsteczki światła) zbyt daleko, uniemożliwiając im przemieszczanie się na bardzo duże odległości, zdarzenie to oznaczało, że nagle pozwolono światłu swobodnie podróżować przez wszechświat.
To „pierwsze światło” jest teraz postrzegane jako Kosmiczne mikrofalowe tło (CMB) i wypełnia wszechświat prawie równomiernie, z wyjątkiem niewielkich różnic. Kiedy astronomowie mierzą te niewielkie zmiany w tym skamieniałym promieniowaniu, przewiduje się, że współczesna wartość stałej Hubble’a wynosi około 67,5 ± 0,5 km/s/milion bloków.
Co dziwne, różnice między dwoma szacunkami stałej Hubble’a tylko wzrosły, gdy techniki pomiarowe dla obu zostały udoskonalone i stały się bardziej precyzyjne. Ta różnica 5,6 km/s/megapasc i ogólne problemy z nią związane są określane jako „napięcie Hubble’a”. To poważny problem dla kosmologów, ponieważ sugeruje, że coś jest nie tak z naszym rozumieniem podstawowych praw fizycznych rządzących wszechświatem.
Powiązany: Wszechświat rozszerza się bardzo szybko i być może potrzebujemy nowej fizyki, aby to wyjaśnić
Warianty cefeid wybierają stronę
Anderson wyjaśnił, dlaczego różnica kilku kilometrów na sekundę/Mpc w stałej Hubble’a jest tak ważna, nawet biorąc pod uwagę ogromną skalę wszechświata. (Szerokość samego widzialnego wszechświata szacuje się na około 29 000 MPC.)
„Ta rozbieżność ma ogromne znaczenie” – powiedział Anderson. „Załóżmy, że chcesz zbudować tunel, wiercąc w dwóch przeciwległych zboczach góry. Jeśli dobrze zrozumiałeś rodzaj skały i jeśli twoje obliczenia są prawidłowe, dwa otwory, które wiercisz, spotkają się w środku. Ale jeśli tak nie, to popełniłeś błąd — albo twoje obliczenia są błędne, albo mylisz się co do rodzaju skały”.
Anderson powiedział, że jest to podobne do napięcia Hubble’a i tego, co dzieje się ze stałą Hubble’a.
Dodał: „Im bardziej jesteśmy pewni dokładności naszych obliczeń, tym bardziej dochodzimy do wniosku, że rozbieżność oznacza, że nasze rozumienie wszechświata jest błędne i że wszechświat nie jest do końca taki, jak myśleliśmy”.
Udoskonalona kalibracja instrumentu do pomiaru zmiennych cefeid oznacza, że technika ta ostatecznie „opowiada się po stronie” w debacie na temat napięcia Hubble’a, zapewniając zgodność z rozwiązaniem „późnym”.
„Nasze badanie potwierdza tempo ekspansji 73 km/s/Mpc, ale co ważniejsze, zapewnia również najdokładniejsze i najbardziej niezawodne kalibracje cefeid jako przyrządów do pomiaru odległości” – powiedział Anderson. „Oznacza to, że musimy ponownie przemyśleć podstawowe pojęcia, które stanowią podstawę naszego ogólnego rozumienia fizyki”.
Wyniki zespołu mają też inne implikacje. Na przykład dokładniejsza kalibracja cefeid pomaga lepiej ujawnić kształt naszej galaktyki, powiedzieli członkowie zespołu badawczego.
„Ponieważ nasze pomiary są tak precyzyjne, dają nam wgląd w geometrię Drogi Mlecznej” – powiedział główny autor badań, dr Mauricio Cruz Reyes. student w grupie badawczej Andersona, powiedział w tym samym oświadczeniu. „Niezwykle dokładne kalibrowanie (Otwiera się w nowej karcie) Nasz rozwój pozwoli nam na przykład lepiej określić rozmiar i kształt Drogi Mlecznej jako płaskiej galaktyki dyskowej oraz jej odległość od innych galaktyk”.
Nowe badanie zostało opublikowane w zeszłym tygodniu w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka (Otwiera się w nowej karcie).
Podążaj za nami na Twitterze @Spacedotcom (Otwiera się w nowej karcie) i dalej Facebook (Otwiera się w nowej karcie).