Astronomowie mają nowy sposób mierzenia ekspansji Wszechświata

Kosmos rozszerza się w coraz szybszym tempie. To kosmiczne przyspieszenie jest spowodowane przez ciemną energię i jest centralnym aspektem ewolucji naszego Wszechświata. Tempo ekspansji kosmicznej można wyrazić stałą kosmologiczną, powszechnie znaną jako stała Hubble’a lub parametr Hubble’a. Ale chociaż astronomowie ogólnie zgadzają się, że ten parametr Hubble’a istnieje, istnieje pewna różnica zdań co do jego wartości.

Parametr jest zwykle mierzony w kilometrach na sekundę na megaparsek. Oznacza to, że gdybyśmy spojrzeli na galaktykę oddaloną o megaparsek (około 3,3 miliona lat świetlnych), to prędkość, z jaką galaktyka oddala się od nas w kilometrach na sekundę, byłaby wartością parametru Hubble’a. Im większa wartość parametru, tym szybciej rozszerza się wszechświat.

Istnieje wiele sposobów pomiaru parametru Hubble’a, ale generalnie dzielą się one na dwie kategorie. Jedna ogólna metoda wykorzystuje kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. Podczas gdy kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła jest prawie doskonałym ciałem doskonale czarnym, występują niewielkie wahania jego temperatury. Skala tych fluktuacji mówi nam, jak bardzo wszechświat się rozszerzył, co z kolei mówi nam o tempie kosmicznej ekspansji. Takie podejście daje parametr Hubble’a na poziomie około 67 – 68 (km/s)/Mpc.

Drugie podejście dotyczy odległych supernowych. Jeden typ supernowej, znany jako typ Ia, ma dość jednolitą maksymalną jasność. Jeśli więc znasz odległość do supernowej typu Ia, możesz porównać jej jasność pozorną z rzeczywistą jasnością i obliczyć ekspansję kosmiczną. Opiera się to na znajomości odległości do galaktyki supernowej, która opiera się na złożonym zestawie obliczeń odległości znanych jako kosmiczna drabina odległości. Takie podejście daje wartość Hubble’a około 71 – 75 (km/s)/Mpc. Istnieje trzecie podejście, wykorzystujące astrofizyczne masery emitowane z dysków akrecyjnych czarnych, ale jak dotąd odniosło mieszany sukces.

Technika soczewkowania grawitacyjnego polega na obecności dużej gromady materii między obserwatorem a obiektem, aby powiększyć światło pochodzące z tego obiektu. Źródło: NASA

Rezultat tego wszystkiego jest taki, że dwie bardzo dobre, bardzo dokładne miary kosmicznej ekspansji dają sprzeczne wyniki. Precyzja tych wyników jest na tyle dobra, że wiemy już, że jeden lub oba z nich muszą być błędne. Jest to znane jako problem napięcia Hubble’a. Jednym z rozwiązań tego problemu byłoby znalezienie nowego sposobu pomiaru ekspansji, który nie opierałby się na kosmicznej drabinie odległości lub kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła. Podejście masera może odnieść sukces z czasem, ale ostatnio zespół zaprezentował czwarte podejście. Taki, który obejmuje supernową i trochę soczewkowania grawitacyjnego.

Soczewkowanie grawitacyjne jest zwykle obserwowane w przypadku galaktyk. Jeśli galaktyka znajduje się między nami a bardziej odległym kwazarem, wówczas światło z kwazara jest soczewkowane wokół bliższej galaktyki, dzięki czemu widzimy wiele obrazów odległego obiektu. Ponieważ różne soczewkowane ścieżki wokół galaktyki mają różne odległości, widzimy każdy obraz kwazara przesunięty nieznacznie w czasie. Różnica może wynosić dziesiątki lub setki lat, co jest niewielkie w skali czasowej kwazarów. Ale dla czegoś takiego jak supernowa, soczewkowanie grawitacyjne może pozwolić nam obserwować supernową wiele razy. Dokładnie to stało się z supernową o nazwie Refsdal.

Supernowa została po raz pierwszy zaobserwowana w 2014 roku. Został nazwany Refsdal na cześć norweskiego astronoma Sjura Refsdala, który jako pierwszy zaproponował ideę supernowych opóźnionych w czasie w 1964 roku. Tak się złożyło, że supernowa Refsdal znajdowała się w galaktyce soczewkowanej grawitacyjnie. Kiedy astronomowie zdali sobie z tego sprawę, wykorzystali modele komputerowe, aby przewidzieć, kiedy supernowa pojawi się ponownie. Oszacowali, że powinien pojawić się ponownie w latach 2015-2017, a na pewno w 2015 roku pojawił się ponownie. To pozwoliło astronomom przewidzieć inne zjawiska. Do 2018 roku astronomowie potwierdzili pół tuzina pojawień się SN Refsdal, co prowadzi nas do nowego sposobu obliczania ekspansji kosmicznej.

Dzięki wielokrotnym obserwacjom Refsdal zespół mógł obliczyć rzeczywistą odległość soczewkowanych ścieżek światła. Porównując to z pozorną separacją kątową między pozorami, zespół mógł określić prawdziwą odległość soczewkującej galaktyki. Porównanie tego z przesunięciem ku czerwieni pozwala obliczyć parametr Hubble’a. To podejście nie opiera się ani na drabinie odległości, ani na kosmicznym tle, więc jest to całkowicie niezależny sposób pomiaru kosmicznej ekspansji.

Na tej podstawie zespół obliczył parametr Hubble’a na poziomie 63 – 70 (km/s)/Mpc, co najlepiej zgadza się z wynikami kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła. Niepewność jest na tyle duża, że można powiedzieć, że zgadza się z odległymi wynikami drabiny, ale to trochę naciągane. Z tego wyniku wydaje się, że kosmiczne tło jest dokładniejszą wartością.

To tylko jeden wynik, więc nie wystarczy, aby rozwiązać problem napięcia Hubble’a, ale to dobry początek. A jeśli uda nam się znaleźć inne supernowe podobne do Refsdal, może to rozstrzygnąć sprawę na czas.

______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę


Zostań Patronem !

_______________________
Informacje bezpośrednio na Twoją skrzynkę mailową