starzenie się czerwonych olbrzymów gwiazd jest przedmiotem nowej metody, która mierzy obecne tempo ekspansji Wszechświata.Credit: NASA/ESA/SPL

przez większą część tej dekady, dwa najbardziej precyzyjne wskaźniki tempa ekspansji Wszechświata były w rażącej sprzeczności. Teraz, wysoce oczekiwana niezależna technika, która kosmolodzy liczyli, że rozwiąże zagadkę, zamiast tego dodaje zamieszania.,

W results unveiled1 16 lipca i w związku z pojawieniem się w Astrophysical Journal, zespół kierowany przez astronomkę Wendy Freedman z University of Chicago w Illinois prezentuje technikę, która mierzy ekspansję za pomocą czerwonych olbrzymów. Obiecał on zastąpienie metody, którą astronomowie stosują od ponad wieku — ale na razie pomiar prędkości nie rozwiązał sporu, ponieważ mieści się w połowie drogi między dwiema spornymi wartościami.

„w tym momencie wszechświat się z nami pogrywa, prawda?”napisał (a):,

Jeśli rozbieżność prędkości kosmicznej nie zostanie rozwiązana, niektóre z podstawowych teorii, których kosmolodzy używają do interpretacji swoich danych — takie jak założenia dotyczące natury ciemnej materii – mogą być błędne. „Fundamentalna fizyka wisi na włosku” – mówi Freedman.,

prędkościomierz Kosmiczny

amerykański astronom Edwin Hubble i inni odkryli w latach dwudziestych XX wieku, że wszechświat się rozszerza, pokazując, że większość galaktyk oddala się od Drogi Mlecznej — a im dalej są, tym szybciej się oddala. Stały stosunek prędkości do odległości stał się znany jako stała Hubble ' a. Dla każdego dodatkowego megaparseka (około 3,26 miliona lat świetlnych) odległości, Hubble odkrył, że galaktyki cofają się o 500 kilometrów na sekundę szybciej — więc stała Hubble ' a wynosiła 500 w jednostkach kilometrów na sekundę na megaparseku.,

w ciągu dziesięcioleci astronomowie znacznie zmieniali szacunki wraz z ulepszaniem technik pomiarowych. Freedman był pionierem wykorzystania Kosmicznego Teleskopu Hubble 'a w latach 90.do pomiaru stałej Hubble' a i obliczył wartość około 72 z marginesem błędu około 10%. Zespół kierowany przez laureata Nagrody Nobla Adama Riessa z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore, Maryland, dokonał jak dotąd najdokładniejszych pomiarów, a jego najnowsza wartość to 74, z marginesem błędu wynoszącym zaledwie 1,91% 2.

ale osobny wysiłek w ostatniej dekadzie rzucił klucz w prace., Naukowcy z misji Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej zmapowali promieniowanie reliktowe Wielkiego Wybuchu, zwane kosmicznym mikrofalowym tłem, i wykorzystali je do obliczenia podstawowych właściwości wszechświata. Korzystając ze standardowych założeń teoretycznych dotyczących kosmosu, obliczyli stałą Hubble ' a jako 67,8.

różnica między 67,8 a 74 może wydawać się niewielka, ale stała się statystycznie istotna, ponieważ obie techniki uległy poprawie., Teoretycy zaczęli więc zastanawiać się, czy przyczyna rozbieżności leży w standardowej teorii kosmologii, zwanej ΛCDM, która zakłada obecność niewidzialnych cząstek ciemnej materii, a także tajemniczej siły odpychającej zwanej ciemną energią. Ale starali się znaleźć poprawkę do teorii, która mogłaby rozwiązać problem i nadal być zgodna ze wszystkim, co wiadomo o Wszechświecie. „Trudno spojrzeć na ΛCDM i zobaczyć, gdzie są luźne nici, że jeśli je pociągniesz, rozwiążą je” – mówi Rocky Kolb, kosmolog z Uniwersytetu w Chicago.,

Technika Freedmana aktualizuje kluczowy element ustalonej metody pomiaru Hubble ' a — i daje wartość 69,8.

trudną częścią pomiaru stałej Hubble' a jest wiarygodny pomiar odległości galaktyk. Pierwsze oszacowanie Hubble ' a polegało na pomiarze odległości pobliskich galaktyk poprzez obserwację pojedynczych jasnych gwiazd zwanych Cefeidami. Astronom Henrietta Swan Leavitt odkrył na początku XX wieku, że rzeczywista jasność tych gwiazd jest przewidywalna., Tak więc, mierząc, jak jasne pojawiły się na płytach fotograficznych, mogła obliczyć, jak daleko znajdują się gwiazdy. Astronomowie nazywają takie drogowskazy standardowymi świecami.

ale naukowcy od tego czasu starają się znaleźć lepsze standardowe świece niż cefeidy, które mają tendencję do występowania w zatłoczonych, wypełnionych pyłem regionach, które mogą zniekształcać szacunki ich jasności., „Jedynym sposobem, aby dotrzeć do sedna tej sprawy, jest posiadanie niezależnych metod i do tej pory nie sprawdzaliśmy Cefeidów” – mówi Freedman, która poświęciła wiele czasu na doskonalenie precyzji i dokładności pomiarów cefeidy. „Ona wie, gdzie są pochowane wszystkie ciała” – mówi Kolb.

Freedman i jej współpracownicy całkowicie ominęli cefeidy, a zamiast tego użyli jako standardowych świec czerwonych olbrzymów — starych gwiazd, które stały się nadęte — wraz z wybuchami supernowych, które służą jako drogowskazy dla bardziej odległych galaktyk.,

obliczanie olbrzymów

czerwone olbrzymy są bardziej powszechne niż cefeidy i są łatwe do wykrycia w obwodowych regionach galaktyk, gdzie gwiazdy są dobrze oddzielone od siebie, a pył nie stanowi problemu. Ich jasność jest bardzo zróżnicowana — ale, biorąc pod uwagę całość, populacja czerwonych olbrzymów w galaktyce ma przydatną funkcję. Jasność gwiazd wzrasta w ciągu milionów lat, aż osiągnie maksimum, a następnie nagle spada. Kiedy astronomowie wyznaczają dużą grupę gwiazd według koloru i jasności, czerwone olbrzymy wyglądają jak chmura kropek z ostrą krawędzią., Gwiazdy na tej krawędzi mogą następnie służyć jako standardowe świece.

zespół Freedmana użył tej techniki do obliczenia odległości do 18 galaktyk i uzyskał oszacowanie stałej Hubble ' a, która po raz pierwszy ma dokładność porównywalną z dokładnością badań cefeidy.

Riess twierdzi, że badanie czerwonego olbrzyma nadal opiera się na założeniach dotyczących ilości pyłu w galaktykach-szczególnie w Wielkim Obłoku Magellana, który posłużył jako punkt zaczepienia., „Pył jest bardzo trudny do oszacowania i jestem pewien, że będzie wiele dyskusji” o tym, dlaczego podejście autorów prowadzi do niższego oszacowania stałej Hubble ' a, mówi.

wynik jest statystycznie zgodny z predykcją Plancka i z obliczeniami cefeidy Riessa — co oznacza, że paski błędów obliczeń nakładają się na siebie — a precyzja techniki poprawi się wraz z gromadzeniem się danych o czerwonych olbrzymach. W niedalekiej przyszłości mogą pokonać cefeidy-mówi Kolb.

, Albo może pozostać na miejscu, a inne techniki mogą w końcu się do niego zbliżyć. Na razie kosmolodzy mają wiele do przemyślenia.