åldrande röda jättestjärnor är fokus för en ny metod som mäter universums nuvarande expansionshastighet.Credit: NASA / ESA / SPL

under mycket av detta årtionde har de två mest exakta mätarna i universums expansionshastighet varit i skarp oenighet. Nu lägger en högt förväntad oberoende teknik som kosmologer hoppades skulle lösa conundrum istället till förvirringen.,

i resultat som presenterades 1 den 16 juli och kommer att visas i den astrofysiska tidskriften, ett team som leds av astronomen Wendy Freedman vid University of Chicago i Illinois presenterar en teknik som mäter expansionen med hjälp av röd jätte stjärnor. Det hade lovat att ersätta en metod som astronomer har använt i mer än ett sekel — men för närvarande har hastighetsmätningen misslyckats med att lösa tvisten eftersom den faller halvvägs mellan de två omtvistade värdena.

”universum bråkar bara med oss just nu, eller hur?”tweeted en astrofysiker om papperet.,

”just nu försöker vi förstå hur allt passar ihop”, sa Freedman till naturen. Om den kosmiska hastighetsskillnaden inte är löst kan några av de grundläggande teorier som kosmologer använder för att tolka sina data — som antaganden om mörk Materias natur — vara fel. ”Grundläggande fysik hänger i balansen”, säger Freedman.,

kosmisk hastighetsmätare

amerikansk astronom Edwin Hubble och andra upptäckte på 1920-talet att universum expanderar genom att visa att de flesta galaxer drar sig tillbaka från Vintergatan — och ju längre bort de är desto snabbare minskar de. Det ungefär konstanta förhållandet mellan hastighet och avstånd blev känd som Hubble konstant. För varje ytterligare megaparsec (cirka 3,26 miljoner ljusår) avstånd, fann Hubble att galaxer drog sig tillbaka 500 kilometer per sekund snabbare-så Hubble konstant var 500 i enheter kilometer per sekund per megaparsec.,

under decennierna reviderade astronomer väsentligt uppskattningen, eftersom mätteknikerna förbättrades. Freedman banade väg för användningen av Rymdteleskopet Hubble på 1990-talet för att (passande) mäta Hubblekonstanten och beräknade ett värde på cirka 72 med en felmarginal på cirka 10%. Ett team som leds av nobelpristagaren Adam Riess vid Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, har gjort de mest exakta mätningarna hittills, och dess senaste värde är 74, med en felmarginal på bara 1.91% 2.

men en separat insats under det senaste decenniet har kastat en nyckel i arbetena., Forskare med Europeiska rymdbyråns Planck-uppdrag kartlade Big Bangs relikstrålning, kallad cosmic microwave background, och använde den för att beräkna universums grundläggande egenskaper. Med hjälp av standardteoretiska antaganden om kosmos beräknade de Hubblekonstanten som 67,8.

skillnaden mellan 67,8 och 74 kan tyckas liten, men den har blivit statistiskt signifikant eftersom båda teknikerna har förbättrats., Så, teoretiker har börjat undra om orsaken till skillnaden ligger i standardteorin om kosmologi, kallad ΛCDM, som förutsätter närvaron av osynliga partiklar av mörk materia samt en mystisk repulsiv kraft som kallas mörk energi. Men de har kämpat för att hitta en tweak till teorin som kan lösa problemet och fortfarande vara förenlig med allt som är känt om universum. ”Det är svårt att titta på ΛCDM och se var de lösa trådarna är, att om du drar dem kommer de att riva upp det”, säger Rocky Kolb, en kosmolog vid University of Chicago.,

Freedmans teknik uppdaterar ett nyckelelement i den etablerade Hubble — mätmetoden-och ger ett värde på 69,8.

den hårda delen av mätningen av Hubble-konstanten är att på ett tillförlitligt sätt mäta galaxernas avstånd. Hubbles första uppskattning berodde på att mäta avstånden hos närliggande galaxer genom att observera enskilda, ljusa stjärnor som kallas cepheider. Astronomen Henrietta Swan Leavitt hade i början av 1900-talet upptäckt att dessa stjärnors faktiska ljusstyrka var förutsägbar., Så, genom att mäta hur ljusa de uppträdde på Fotografiska plattor, kunde hon beräkna hur långt bort stjärnorna var. Astronomer kallar sådana skyltar standardljus.

men forskare har sedan dess försökt hitta bättre standardljus än cepheider, som tenderar att existera i trånga, dammfyllda områden som kan snedvrida uppskattningar av deras ljusstyrka., ”Det enda sättet vi måste komma till botten med detta är att ha oberoende metoder, och fram till denna punkt har vi inte haft några kontroller på Cepheiderna”, säger Freedman, som har spenderat mycket av sin karriär som förbättrar precisionen och noggrannheten hos Cepheidmätningar. ”Hon vet var alla kroppar är begravda”, säger Kolb.

Freedman och hennes kollegor sidestepped Cepheids helt och hållet, och istället används som deras vanliga ljus röda jättar – gamla stjärnor som har blivit uppblåsta — tillsammans med supernovae explosioner, som fungerar som skyltar för mer avlägsna galaxer.,

jätteberäkning

röda jättar är vanligare än cepheider, och är lätta att upptäcka i de perifera delarna av galaxer, där stjärnor är väl separerade från varandra och damm är inte ett problem. Deras ljusstyrka varierar mycket-men, som helhet, har en galaxens röda jätte befolkning en praktisk funktion. Stjärnornas ljusstyrka ökar över miljontals år tills den når maximalt,och sedan faller den plötsligt. När astronomer plottar en stor grupp stjärnor efter färg och ljusstyrka ser de röda jättarna ut som ett moln av prickar med en skarp kant., Stjärnorna på den kanten kan sedan fungera som standardljus.

Freedmans team använde tekniken för att beräkna avstånden till 18 galaxer, och fick en uppskattning av Hubble-konstanten som för första gången har en noggrannhet som är jämförbar med cepheidbaserade studier.

Riess säger att den röda jättestudien fortfarande bygger på antaganden om mängden damm i galaxer — särskilt i det stora magellanska molnet, som studien använde som ankarpunkt., ”Damm är väldigt knepigt att uppskatta, och jag är säker på att det kommer att bli mycket diskussion” om varför författarnas tillvägagångssätt leder till en lägre uppskattning av Hubble-konstanten, säger han.

resultatet är statistiskt kompatibelt med Planck — förutsägelsen och med Riess Cepheid — beräkning-vilket innebär att felstavarna i beräkningarna överlappar varandra-och teknikens precision kommer att förbättras när data om röda jättar ackumuleras. De kan slå Cepheids inom en snar framtid, säger Kolb.

nålen kan röra sig mot ett av de andra värdena., Eller det kan stanna kvar, och de andra teknikerna kan så småningom konvergera till det. För tillfället har kosmologer mycket att pussla över.