aldrende rødgigantstjerner er i fokus for en ny metode, der måler universets nuværende ekspansionshastighed.Credit: NASA/ESA/SPL

For meget af dette årti, er de to mest præcise målere i Universet sats af ekspansion, der har været i voldsom uenighed. Nu tilføjer en meget forventet uafhængig teknik, som kosmologer håbede ville løse conundrummet, i stedet forvirringen.,

I resultaterne unveiled1 på 16 juli, og det skyldes tilsyneladende i tidsskriftet the Astrophysical Journal, et hold, ledet af astronom Wendy Freedman på University of Chicago i Illinois præsenterer en teknik, der måler udvidelse ved hjælp af røde kæmpestjerner. Det havde lovet at erstatte en metode, som astronomer har brugt i mere end et århundrede — men indtil videre har hastighedsmålingen ikke løst tvisten, fordi den falder halvvejs mellem de to omstridte værdier.

“universet er bare rod med os på dette tidspunkt, ikke?”t .eeted en astrofysiker om papiret.,

“lige nu forsøger vi at forstå, hvordan det hele passer sammen,” fortalte Freedman Nature. Hvis uoverensstemmelsen mellem kosmisk hastighed ikke løses, kan nogle af de grundlæggende teorier, som kosmologer bruger til at fortolke deres data — såsom antagelser om arten af mørkt stof — være forkerte. “Grundlæggende fysik hænger i balance,” siger Freedman.,

Kosmiske speedometer

den Amerikanske astronom Edwin Hubble og andre opdaget i 1920’erne, at Universet udvider sig ved at vise, at de fleste galakser længere væk fra Mælkevejen — og jo længere væk de er, jo hurtigere de er vigende. Det nogenlunde konstante forhold mellem hastighed og afstand blev kendt som Hubble-konstanten. For hver ekstra megaparsek (omkring 3,26 millioner lysår) afstand fandt Hubble, at galakser trak sig tilbage 500 kilometer i sekundet hurtigere — så Hubble-konstanten var 500 i enheder kilometer i sekundet pr.,

i løbet af årtierne reviderede astronomer væsentligt estimatet, efterhånden som måleteknikkerne blev forbedret. Freedman var banebrydende for brugen af Hubble-rumteleskopet i 1990 ‘ erne for (passende) at måle Hubble-konstanten og beregnet en værdi på omkring 72 med en fejlmargin på omkring 10%. Et hold ledet af Nobelprisvinderen Adam Riess ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, har hidtil foretaget de mest præcise målinger, og dens seneste værdi er 74, med en fejlmargin på kun 1.91% 2.

men en separat indsats i det sidste årti har kastet en nøgle i værkerne., Forskere med Det Europæiske Rumagenturs Planck-mission kortlagde Relikstrålingen fra Big Bang, kaldet den kosmiske mikrobølgebaggrund, og brugte den til at beregne universets grundlæggende egenskaber. Ved hjælp af standard teoretiske antagelser om kosmos beregnet de Hubble-konstanten som 67,8.

forskellen mellem 67, 8 og 74 kan virke lille, men den er blevet statistisk signifikant, da begge teknikker er forbedret., Så teoretikere er begyndt at spekulere over, om grunden til forskellen ligger i standard teori om kosmologi, kaldet ΛCDM, som forudsætter tilstedeværelsen af usynlige partikler af mørkt stof samt en mystisk frastødende kraft, der kaldes mørk energi. Men de har kæmpet for at finde en tweak, at den teori, der kunne løse problemet og stadig være i overensstemmelse med alt, hvad der er kendt om Universet. “Det er svært at se på ΛCDM og se hvor de løse tråde er, at hvis du trækker dem, de vil opklare det,” siger Rocky Kolb, kosmolog på University of Chicago.,

Freedmans teknik opdaterer et nøgleelement i den etablerede Hubble — målemetode-og producerer en værdi på 69,8.

den hårde del af måling af Hubble-konstanten er at pålideligt måle galaksernes afstande. Hubbles første skøn var afhængig af at måle afstandene i nærliggende galakser ved at observere individuelle, lyse stjerner kaldet Cepheids. Astronom Henrietta s .an Leavitt havde opdaget i begyndelsen af det tyvende århundrede, at disse stjerners faktiske lysstyrke var forudsigelig., Så ved at måle, hvor lyse de optrådte på fotografiske plader, kunne hun beregne, hvor langt væk stjernerne var. Astronomer kalder sådanne skilte standardlys.

men forskere har siden forsøgt at finde bedre standardlys end cepheider, som har tendens til at eksistere i overfyldte, støvfyldte regioner, der kan forvrænge estimater af deres lysstyrke., “Den eneste måde, vi er nødt til at komme til bunden på, er at have uafhængige metoder, og indtil dette tidspunkt har vi ikke haft nogen kontrol af Cepheiderne,” siger Freedman, der har brugt meget af sin karriere på at forbedre præcisionen og nøjagtigheden af Cepheid-målinger. “Hun ved, hvor alle kroppe er begravet,” siger Kolb.

Freedman og hendes kolleger omgås Cepheider helt, og i stedet brugt som deres standard stearinlys røde giganter — gamle stjerner, der er blevet pustet ud — sammen med supernovaeksplosioner, der tjener som pejlemærker for mere fjerntliggende galakser.,

Giant beregning

Røde kæmpestjerner er mere almindelige end Cepheider, og er nemme at få øje på i de perifere regioner af galakser, hvor stjernerne er godt adskilt fra hinanden, og støv er ikke et problem. Deres lysstyrke varierer meget — men samlet set har en galakses røde kæmpe befolkning en praktisk funktion. Stjernernes lysstyrke stiger over millioner af år, indtil den når et maksimum, og så falder den pludselig. Når astronomer tegner en stor gruppe stjerner efter farve og lysstyrke, ser de røde giganter ud som en sky af prikker med en skarp kant., Stjernerne ved den kant kan derefter tjene som standardlys.

Freedmans team brugte teknikken til at beregne afstande til 18 galakser og opnåede et estimat af Hubble-konstanten, der for første gang har en nøjagtighed, der kan sammenlignes med den for de Cepheid-baserede undersøgelser.

Riess siger, at den rødgigantundersøgelse stadig er afhængig af antagelser om mængden af støv i galakser-især i Den Store Magellanske Sky, som undersøgelsen brugte som ankerpunkt., “Støv er meget vanskeligt at estimere, og jeg er sikker på, at der vil være masser af diskussioner” om, hvorfor forfatterens tilgang fører til et lavere skøn over Hubble-konstanten, siger han.

resultatet er statistisk kompatibelt med Planck — forudsigelsen og med Riess ‘ s Cepheid — beregning-hvilket betyder, at fejlbjælkerne i beregningerne overlapper hinanden-og teknikkens præcision vil blive bedre, når data om røde giganter akkumuleres. De kunne slå Cepheids i den nærmeste fremtid, siger Kolb.

nålen kan skifte til en af de andre værdier., Eller det kunne blive sat, og de andre teknikker kan i sidste ende konvergere til det. For nu har kosmologer masser at pusle over.