Kuinka nopeasti maailmankaikkeus laajenee? Se on kysymys, johon tähtitieteilijät eivät ole pystyneet vastaamaan tarkasti. Heillä on nimi maailmankaikkeuden laajenemisnopeudelle: Hubble-vakio tai Hubblen laki. Mutta mittaukset keksivät jatkuvasti erilaisia arvoja, ja tähtitieteilijät ovat keskustelleet edestakaisin tästä aiheesta vuosikymmenien ajan.
Hubble-vakion mittauksen perusajatuksena on tarkastella etäisiä valonlähteitä, yleensä tyyppisiä supernovia tai muuttuvia tähtiä, joita kutsutaan 'vakiokynttilöiksi', ja mitata niiden valon punaista muutosta. Mutta riippumatta siitä, kuinka tähtitieteilijät tekevät sen, he eivät voi keksiä sovittua arvoa, vain joukko arvoja. Uusi kvaasareja ja painovoimalinssiä koskeva tutkimus voisi auttaa ratkaisemaan ongelman.
Sillä, että maailmankaikkeus laajenee, ei ole kyseenalaista. Olemme tienneet tämän noin 100 vuotta. Valo etäisistä galakseista siirtyy punaisella, kun ne siirtyvät pois meistä, ja mittaamalla punainen siirtymä on tuottanut erilaisia arvoja yleismaailmalliselle laajentumiselle.
"Hubble-vakio ankkuroi maailmankaikkeuden fyysisen mittakaavan."
Simon Birrer, UCLA: n tutkijatohtori ja tutkimuksen pääkirjailija.
Laajenemisnopeus mitataan kilometreinä sekunnissa / megaparsec, kirjoitettuna muodossa (km / s) / Mpc. Joten esimerkiksi jotain, joka laajenee nopeudella 10 (km / s) / Mpc, tarkoittaa, että kaksi avaruuspistettä, jotka ovat 1 megapaarin etäisyydellä toisistaan (vastaa 3,26 miljoonaa valovuotta), kilpailevat toisistaan nopeudella 10 kilometriä per toinen.
Kun se havaittiin ensimmäisen kerran 1920-luvulla, laajenemisnopeuden ajateltiin olevan 625 kps / Mpc. Mutta 1950-luvulta alkaen, parempi tutkimus mittasi sen alle 100 kps / Mpc. Viime vuosikymmeninä useat tutkimukset ovat mitanneet laajenemisnopeuden, ja niiden nopeus on välillä 67 - 77 kps / Mpc.
Mutta tiede ei hyväksy joukkoa vastauksia sellaiseen, jolla olisi oltava yksi arvo. Se ei olisi tiede, jos se tekisi. Joten tutkijat kokeilevat jatkuvasti erilaisia tapoja mitata Hubble-vakio saadakseen selville, voivatko he saada sen oikein, koska Hubble-vakio on enemmän kuin vain mittaus maailmankaikkeuden laajenemisesta.
"Hubble-vakio ankkuroi maailmankaikkeuden fyysisen mittakaavan", kertoi UCLA: n tutkijatohtori ja tutkimuksen pääkirjailija Simon Birrer. Ilman tarkkaa arvoa Hubble-vakiosta, tähtitieteilijät eivät voi tarkasti määrittää etäisten galaksien kokoa, maailmankaikkeuden ikää tai kosmoksen laajenemishistoriaa. Joten sen oikein saattaminen on iso juttu.
Uusi, Royal Astronomical Society: n kuukausitiedoissa juuri julkaistu tutkimus yrittää uutta menetelmää Hubble-vakion mittaamiseksi. Tutkimusta johtaa UCLA: n tähtitieteilijäryhmä, ja se luottaa etäkvasareihin, joiden valo läpäisee gravitaation linssin ennen kuin se saavuttaa maan.
Kvasaarit ovat erittäin kirkkaita kohteita. Niitä kutsutaan myös aktiivisiksi galaktisiksi ytimiksi, koska niiden ajatellaan johtuvan supermassiivisista mustista reikistä galaksien keskellä. Niiden lähettämä sähkömagneettinen säteily aiheuttaa mustan aukon ympärillä pyörittävän lisäyslevyn. Kun reikän ympärillä oleva ainelevy kiihtyy, se emittoi valtavan määrän energiaa.
Koska kvaasarit ovat niin valoisat, ne voidaan nähdä valtavilta etäisyyksiltä. Tämä tekee niistä paitsi kiehtovia tutkimuskohteita, mutta myös hyödyllisiä merkkejä Hubblen lain tutkimiselle.
Painovoimaobjektiivi tapahtuu, kun erittäin kaukana olevan esineen valonlähde, kvasaari tässä tutkimuksessa, kohtaa häiritsevän galaksin ennen kuin se saavuttaa tarkkailijoita maapallolla. Galaksin äärimmäinen massa on riittävä taivuttamaan valoa, samalla tavalla kuin lasilinssi tekee. Tuloksena on eräänlainen 'peilien talo' -tehoste. Alla oleva kuva näyttää miltä se näyttää. Painovoimaisen linssin löytäminen liittyy läheisimmin Einsteiniin, vaikka sitä havaittiin vasta vuonna 1979.
Tässä tutkimuksessa keskityttiin kaksikvaaroihin. Tuplakvaari, jota kutsutaan joskus kaksikvaariksi, ei ole kaksi kvaasaria lähellä toisiaan, vaan pikemminkin gravitaatiolinssin vaikutus. Kaksoiskvaasilla heidän valonsa linssitetään väliin tulevan galaksin ympärillä ennen maahan pääsyä, jolloin saadaan kaksi kuvaa kvaasarista. Mikään aikaisempi tutkimus ei ole käyttänyt niitä yrittämään määrittää maailmankaikkeuden laajentumisnopeutta.
Koska kvaasarin valo taivutetaan väliin tulevan galaksin ympärille ja tuottaa kaksi kuvaa samasta kvartaarista, se luo ainutlaatuisen havainnointimahdollisuuden. Valo, joka luo kvaasarista erilliset kuvat, kulkee eri polulla jokaiseen kuvaan. Koska kvaasarin valo vaihtelee, molemmissa kuvissa on välähdyksen välinen viive.
Mittaamalla välkkymisen välinen viive ja tuntemalla väliintulon galaksin massa, joukkue päätteli etäisyydet maan, linssillä sijaitsevan galaksin ja kvaasarin välillä. Kvaasin ja galaksin punasiirtojen tunteminen antoi tutkijoille mahdollisuuden arvioida kuinka nopeasti maailmankaikkeus laajenee.
Tämä tutkimus keskittyi kaksoiskvaasiin nimeltään SDSS J1206 + 4332, ja se veti myös Hubble Space Telescope, Gemini ja W.M. Keckin observatorioista ja gravitaatiolinssien kosmologisesta seurannasta eli COSMOGRAIL-verkosta. Ryhmä vietti useita vuosia ottamalla päivittäin kuvia kaksoiskvaasista, mikä antoi heille erittäin tarkat mittaukset välkkymisen välisestä aikaviiveestä. Yhdistettynä muihin tietoihin se antoi tähtitieteilijöille yhden parhaimmista Hubble-vakion mittauksista.
"Tämän mittauksen kauneus on se, että se täydentää hyvin toisiaan ja on toisistaan riippumaton", sanoi Tommasso Treu, UCLA: n fysiikan ja tähtitieteen professori ja lehden vanhempi kirjoittaja.
Joten kuinka nopeasti se laajenee?
”… Maailmankaikkeus on hiukan monimutkaisempi.
Tommasso Treu, UCLA: n fysiikan ja tähtitieteen professori.
Joukkue kertoi Hubble-vakion arvolle 72,5 kilometriä sekunnissa / megaparsi. Tämä asettaa sen linjaan muiden mittausten kanssa, joissa käytettiin etäisiä supernoovia vakiokynttilöinä Hubble-vakion mittaamiseen. Mutta se on noin 7% korkeampi kuin mittaukset, jotka tukeutuvat kosmiseen mikroaaltouuni-taustaan sen mittaamiseksi.
Tämä ei ole vielä Hubblen lakia koskevan keskustelun loppua. Mittausmenetelmien välillä on edelleen tuo nagging ero. Mitä se tarkoittaa? "Jos näiden arvojen välillä on todellinen ero, se tarkoittaa, että maailmankaikkeus on hieman monimutkaisempi", Treu sanoi. Treu sanoi myös, että yksi mittauksista tai jopa kaikki kolme ovat vääriä.
Joukkue jatkaa kvasarilinssi-mittausmenetelmäänsä. He katsovat 40 nelinkertaista kvartaaria, jotta toivottavasti saadaan vielä tarkempi mittaus maailmankaikkeuden laajenemisnopeudesta.
Lähteet:
- Tutkimuspaperi: H0LiCOW - IX. Kaksinkertaisesti kuvatun kvartsin SDSS 1206 + 4332 kosmografinen analyysi ja uusi Hubble-vakion mittaus
- UCLA: n lehdistötiedote: Kaksinkertaisen näkeminen voisi auttaa ratkaisemaan kiistan siitä, kuinka nopeasti maailmankaikkeus kasvaa
- H0LiCOW
- Wikipedia-merkintä: Hubblen laki
