Badanie: Sprzeczne wartości stałej Hubble'a nie wynikają z błędu pomiaru

Astronomowie dokonali nowych pomiarów planety Hubble jest naprawionyJest to miara szybkości rozszerzania się Wszechświata, uzyskana na podstawie połączenia danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Ich wyniki potwierdziły, zgodnie z ich wynikami, dokładność poprzednich pomiarów wartości stałej Hubble'a Niedawny artykuł Został on opublikowany w The Astrophysical Journal Letters, czego konsekwencją jest utrzymująca się od dawna rozbieżność w wartościach uzyskiwanych różnymi metodami obserwacyjnymi znanymi jako „tensor Hubble’a”.

Był czas, kiedy naukowcy uważali, że wszechświat jest statyczny, ale zmieniło się to wraz z ogólną teorią względności Alberta Einsteina. Alexander Friedmann opublikował zestaw równań pokazujących, że Wszechświat rzeczywiście mógł się rozszerzać w 1922 roku, a Georges Lemaitre później dokonał niezależnego wyprowadzenia, aby dojść do tego samego wniosku. Edwin Hubble potwierdził to rozszerzenie danymi obserwacyjnymi w 1929 r. Wcześniej Einstein próbował zmodyfikować ogólną teorię względności, dodając stałą kosmologiczną, aby na podstawie swojej teorii otrzymać stały wszechświat; Po odkryciu Hubble’a Legenda głosiNazwał ten wysiłek swoim największym błędem.

Jak wspomniano wcześniej, stała Hubble'a jest miarą rozszerzania się Wszechświata wyrażoną w kilometrach na sekundę na megaparsek. Dlatego co sekundę, każdy milion parseków Wszechświat rozszerza się o określoną liczbę kilometrów. Innym sposobem myślenia o tym jest stosunkowo nieruchomy obiekt oddalony o milion parseków: w każdej sekundzie obiekt staje się o kilka kilometrów dalej.

Ile kilometrów? To jest problem. Naukowcy mierzą stałą Hubble'a na trzy sposoby: przyglądając się pobliskim obiektom, aby zobaczyć, jak szybko się poruszają, falom grawitacyjnym wytwarzanym przez zderzające się czarne dziury lub gwiazdy neutronowe oraz mierząc drobne aberracje w poświacie Wielkiego Wybuchu, zwanej kosmicznym tło mikrofalowe (CMB). Jednak różne podejścia wykazały różne wartości. Na przykład śledzenie odległych supernowych dało wartość 73 kilometrów na sekundę Mpc, podczas gdy pomiary promieniowania CMB przy użyciu satelity Planck dały wartość 67 kilometrów na sekundę Mpc.

Zaledwie w zeszłym roku badacze dokonali trzeciego niezależnego pomiaru rozszerzania się Wszechświata, śledząc zachowanie supernowej soczewkowanej grawitacyjnie, gdzie zniekształcenie czasoprzestrzeni spowodowane przez masywny obiekt działa jak soczewka powiększająca obiekt tła. Najlepsze dopasowania pomiędzy tymi modelami znalazły się tuż poniżej stałej Hubble'a uzyskanej z CMB, z różnicą w granicach błędu statystycznego. Wartości bliższe tym uzyskanym z innych pomiarów supernowych były znacznie lepiej dopasowane do danych. Metoda ta jest nowa i wiąże się z dużą dozą niepewności, ale zapewniła niezależny sposób ustalenia stałej Hubble'a.

„Zmierzyliśmy to, korzystając z informacji o kosmicznym mikrofalowym tle i otrzymaliśmy jedną wartość” – napisał redaktor Ars Science, John Timmer. „Zmierzyliśmy to za pomocą pozornej odległości obiektów we współczesnym wszechświecie i otrzymaliśmy wartość różniącą się o około 10 procent. O ile każdy może stwierdzić, nie ma nic złego w żadnym pomiarze i nie ma jasnego sposobu, aby to zmierzyć. ” Niech się zgodzą.” Jedna z hipotez głosi, że wczesny wszechświat na krótko doświadczył czegoś w rodzaju „kopnięcia” odpychającej grawitacji (zbliżonej do idei ciemnej energii), która następnie w tajemniczy sposób zatrzymała się i zniknęła. Pozostaje to jednak kwestią spekulatywną, choć interesującą , pomysł dla fizyków.

Ten ostatni pomiar zależy od Potwierdzone w zeszłym roku Bazując na danych Webba, pomiary szybkości ekspansji dokonane przez Hubble'a były dokładne, przynajmniej w przypadku kilku pierwszych szczebli kosmicznej skali odległości. Jednak nadal istnieje możliwość wystąpienia niewykrytych jeszcze błędów, które mogą pozwolić na głębsze spojrzenie (a tym samym wstecz) na Wszechświat, szczególnie w przypadku pomiarów jasności odległych gwiazd.

Dlatego nowy zespół wykonał dodatkowe obserwacje gwiazd zmiennych cefeid – łącznie 1000 gwiazd w pięciu galaktykach macierzystych w odległości do 130 milionów lat świetlnych – i powiązał je z danymi z Hubble'a. Teleskop Webba jest w stanie spojrzeć poza pył międzygwiazdowy, który sprawił, że obrazy tych gwiazd wykonane przez Hubble'a są bardziej rozmyte i nakładają się, dzięki czemu astronomowie mogą z łatwością rozróżnić poszczególne gwiazdy.

Wyniki potwierdziły również dokładność danych Hubble'a. „Objęliśmy teraz pełen zakres obserwacji Hubble'a i możemy z dużą pewnością wykluczyć błąd pomiaru jako przyczynę drgań Hubble'a.” powiedział współautor i lider zespołu Adam Rees, fizyk z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. „Połączenie Webba i Hubble'a daje nam to, co najlepsze z obu światów. Odkrywamy, że pomiary Hubble'a pozostają wiarygodne w miarę wspinania się dalej po kosmicznej drabinie odległości. Po wyeliminowaniu błędów pomiarowych pozostaje realna i ekscytująca możliwość, że źle zrozumieliśmy wszechświat. ”

The Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (O identyfikatorach cyfrowych).