Studiu: Valorile contradictorii ale constantei Hubble nu se datorează unei erori de măsurare

Astronomii au făcut noi măsurători ale planetei Hubble este fixEste o măsură a cât de repede se extinde universul, prin combinarea datelor de la telescopul spațial Hubble și telescopul spațial James Webb. Rezultatele lor au confirmat acuratețea măsurătorilor anterioare Hubble ale valorii constantei, conform rezultatelor lor Hârtie recentă A fost publicată în The Astrophysical Journal Letters, cu consecința unei discrepanțe de lungă durată în valorile obținute prin diferite metode de observație cunoscute sub numele de „tensorul Hubble”.

A existat o perioadă în care oamenii de știință credeau că universul este static, dar asta s-a schimbat odată cu teoria relativității generale a lui Albert Einstein. Alexander Friedmann a publicat un set de ecuații care arată că universul s-ar putea într-adevăr să se extindă în 1922, iar Georges Lemaitre a făcut mai târziu o derivație independentă pentru a ajunge la aceeași concluzie. Edwin Hubble a confirmat această expansiune cu date observaționale în 1929. Înainte de aceasta, Einstein a încercat să modifice relativitatea generală prin adăugarea unei constante cosmologice pentru a obține un univers fix din teoria sa; După descoperirea lui Hubble, Legenda spuneS-a referit la acest efort drept cea mai mare gafă a lui.

După cum am menționat mai devreme, constanta Hubble este o măsură a expansiunii universului exprimată în unități de kilometri pe secundă pe megaparsec. Prin urmare, în fiecare secundă, fiecare milion de parsec al universului se extinde cu un anumit număr de kilometri. Un alt mod de a gândi la acest lucru este în termenii unui obiect relativ staționar la un milion de parsecs distanță: în fiecare secundă, devine cu un număr de kilometri mai departe.

Cati kilometri? Asta e problema aici. Există trei moduri pe care oamenii de știință le folosesc pentru a măsura constanta Hubble: privirea obiectelor din apropiere pentru a vedea cât de repede se mișcă, undele gravitaționale produse prin ciocnirea găurilor negre sau a stelelor neutronice și măsurarea aberațiilor minuscule în strălucirea Big Bang-ului cunoscut sub numele de cosmic. fundal cu microunde (CMB). Cu toate acestea, abordări diferite au găsit valori diferite. De exemplu, urmărirea supernovelor îndepărtate a produs o valoare de 73 de kilometri pe secundă Mpc, în timp ce măsurătorile de radiații CMB folosind satelitul Planck au produs o valoare de 67 de kilometri pe secundă Mpc.

Chiar anul trecut, cercetătorii au făcut o a treia măsurătoare independentă a expansiunii universului urmărind comportamentul unei supernove cu lentile gravitaționale, unde distorsiunea spațiu-timp cauzată de un obiect masiv acționează ca o lentilă pentru a mări un obiect de fundal. Cele mai bune potriviri dintre aceste modele au ajuns chiar sub constanta Hubble derivată din CMB, cu diferența în cadrul erorii statistice. Valorile mai apropiate de cele derivate din alte măsurători supernove s-au potrivit semnificativ mai bine la date. Această metodă este nouă, cu o cantitate mare de incertitudine, dar a oferit un mijloc independent de a ajunge la constanta Hubble.

„Am măsurat-o folosind informații din fundalul cosmic cu microunde și am obținut o singură valoare”, a scris editorul Ars Science, John Timmer. „Am măsurat-o folosind distanța aparentă a obiectelor din universul actual și am obținut o valoare care a diferit cu aproximativ 10 la sută. Din câte poate spune oricine, nu este nimic în neregulă cu nicio măsurătoare și nu există o modalitate clară de a o măsura. ” Fă-i să cadă de acord.” O ipoteză este că universul timpuriu a experimentat pentru scurt timp un fel de „lovitură” a gravitației respingătoare (asemănătoare ideii de energie întunecată) care apoi s-a oprit în mod misterios și a dispărut. Dar rămâne o speculație, deși interesantă. , idee pentru fizicieni.

Aceasta ultima masurare depinde de Confirmat anul trecut Pe baza datelor lui Webb, măsurătorile lui Hubble ale vitezei de expansiune au fost precise, cel puțin pentru primele trepte ale scalei distanței cosmice. Dar există încă posibilitatea unor erori încă nedetectate care ar putea privi mai profund (și, prin urmare, înapoi în timp) în univers, în special pentru măsurătorile luminozității stelelor îndepărtate.

Așadar, o nouă echipă a făcut observații suplimentare ale stelelor variabile Cepheid – un total de 1.000 de stele în cinci galaxii gazdă la până la 130 de milioane de ani lumină distanță – și le-a legat de datele Hubble. Telescopul Webb este capabil să vadă dincolo de praful interstelar care a făcut imaginile Hubble ale acelor stele mai neclare și suprapuse, astfel încât astronomii pot distinge cu ușurință între stele individuale.

Rezultatele au confirmat, de asemenea, acuratețea datelor Hubble. „Am acoperit acum întreaga sferă a ceea ce a observat Hubble și putem exclude eroarea de măsurare ca o cauză a fluctuației Hubble cu o încredere foarte mare.” a spus coautorul și liderul echipei Adam Rees, fizician la Universitatea Johns Hopkins. „Combinarea Webb și Hubble ne oferă tot ce este mai bun din ambele lumi. Găsim că măsurătorile lui Hubble rămân fiabile pe măsură ce urcăm mai departe de-a lungul scării distanței cosmice. Cu erorile de măsurare eliminate, ceea ce rămâne este posibilitatea reală și incitantă că am înțeles greșit universul. ”

The Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (Despre ID-urile digitale).