Nimi ”tumma energia” on vain paikkamerkki voimalle - mikä se sittenkin on - joka aiheuttaa maailmankaikkeuden laajenemisen. Hubble-avaruusteleskoopin avulla tehdyt useiden Cepheid-muuttuvien tähtien uudet havainnot ovat tarkenneet maailmankaikkeuden nykyisen laajenemisnopeuden mittausta tarkkuudella, jossa virhe on pienempi kuin viisi prosenttia. Uusi laajenemisnopeuden arvo, joka tunnetaan Hubble-vakiona tai H0 (Edwin Hubblen jälkeen, joka mittasi ensin maailmankaikkeuden laajenemista melkein sata vuotta sitten), on 74,2 kilometriä sekunnissa / megaparsec (virhemarginaali ± 3,6). Tulokset ovat läheisesti yhtä aikaisemman mittauksen kanssa, joka on saatu Hubblesta nopeudella 72 ± 8 km / s / megaparsec, mutta ovat nyt yli kaksinkertaiset.
SHOES-ryhmän (Supernova H0 valtion yhtälölle) tiimin suorittama ja Adam Riessin johtama Hubble-mittaus, joka on tehty avaruusteleskoopin tiedeinstituutista ja Johns Hopkinkin yliopistosta, käyttää useita parannuksia kosmetiikan rakentamisen virtaviivaistamiseksi ja vahvistamiseksi. ”Etäisyys tikkaat”, pituus miljardia valovuotta, jota tähtitieteilijät käyttävät määrittäessään maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta.
Hubble-havainnot sykkivistä Cepheid-muuttujista läheisessä kosmisessa mailimarkkerissa, galaksissa NGC 4258 ja viimeaikaisten supernoovien isäntägalakseissa linkittävät nämä etäisyysindikaattorit suoraan. Hubblen käyttäminen näiden tikkaiden askelmien siltaamiseen eliminoi systemaattiset virheet, jotka on lähes väistämättä johdettu vertaamalla eri kaukoputkien mittauksia.
Riess selittää uuden tekniikan: ”Se on kuin mitata rakennus pitkällä mittanauhalla sen sijaan, että siirrät pihapuikon päätä päin. Vältä sekoittamasta tekemiäsi pieniä virheitä joka kerta, kun siirrät mittaristoa. Mitä korkeampi rakennus, sitä suurempi virhe. ”
Lucas Macri, Texas A&M: n fysiikan ja tähtitieteen professori, joka on merkittävä avustaja tuloksiin, kertoi: ”Kefeidit ovat etäisyysportaiden selkäranka, koska niiden pulsaatiojaksot, jotka ovat helposti havaittavissa, korreloivat suoraan niiden valoisuuteen. Toinen tikkaidemme hienosäätö on se, että olemme havainneet kefeidejä sähkömagneettisen spektrin lähellä olevissa infrapunaosissa, joissa nämä muuttuvat tähdet ovat parempia etäisyyden osoittimia kuin optisilla aallonpituuksilla. "
Tätä Hubble-vakion uutta, täsmällisempää arvoa käytettiin pimeän energian ominaisuuksien testaamiseen ja rajoittamiseen, energiamuoto, joka tuottaa kosketusvoiman avaruudessa, mikä aiheuttaa maailmankaikkeuden paisumisnopeuden kiihtyvän.
Haarukoimalla maailmankaikkeuden laajenemishistoria tämän päivän ja sen jälkeen, kun maailmankaikkeus oli vain noin 380 000 vuotta vanhaa, tähtitieteilijät pystyivät asettamaan rajoitukset tumman energian luonteelle, joka aiheuttaa laajentumisen nopeutumisen. (Kaukaisen, varhaisen maailmankaikkeuden mittaus on johdettu kosmisen mikroaaltotaustan heilahteluista, sellaisena kuin NASA on päättänyt siitä Wilkinsonin mikroaaltouuni-anisotrooppisen koettimen, WMAP, vuonna 2003.)
Niiden tulos on yhdenmukainen tumman energian yksinkertaisimman tulkinnan kanssa: että se on matemaattisesti ekvivalentti Albert Einsteinin hypoteesiin perustuvan kosmologisen vakion kanssa, joka otettiin käyttöön vuosisata sitten ajaakseen avaruuskangasta ja estäen maailmankaikkeuden romahtamasta painovoiman vetämänä. (Einstein kuitenkin poisti vakion heti, kun Edwin Hubble havaitsi maailmankaikkeuden laajenemisen.)
"Jos laitat laatikkoon kaikki tapa, jolla tumma energia saattaa poiketa kosmologisesta vakiosta, se laatikko olisi nyt kolme kertaa pienempi", Riess sanoo. "Se on edistystä, mutta pimeän energian luonteen määrittämiseen on vielä pitkä tie kuljettavanamme."
Vaikka kosmologinen vakio oli ajateltu kauan sitten, havainnollisia todisteita pimeästä energiasta saatiin vasta 11 vuotta sitten, jolloin kaksi tutkimusta, toisen johtajina Riess ja Brian Schmidt, Mount Stromlo Observatory, ja toisen Saul Perlmutter, Lawrence Berkeley Kansallinen laboratorio löysi pimeän energian itsenäisesti, osittain Hubble-havaintojen avulla. Siitä lähtien tähtitieteilijät ovat pyrkineet havainnoimaan paremmin tummaa energiaa.
Riesin lähestymistapa kaventaa pimeän energian vaihtoehtoisia selityksiä - onko kyse staattisesta kosmologisesta vakiosta tai dynaamisesta kentästä (kuten hyökkäävä voima, joka ajoi inflaatiota suuren bangin jälkeen) - tarkentamaan edelleen maailmankaikkeuden laajenemishistorian mittauksia.
Ennen Hubblen julkaisua vuonna 1990 Hubble-vakion arviot vaihtelivat kahdella kertoimella. 1990-luvun lopulla Hubble-avaruusteleskoopin avainprojekti ekstragalaktisella etäisyysasteikolla tarkensi Hubble-vakion arvoa vain noin kymmenen prosentin virheeksi. Tämä toteutettiin tarkkailemalla kefeidimuuttujia optisilla aallonpituuksilla suurempiin etäisyyksiin kuin aikaisemmin saatiin ja vertaamalla niitä samankaltaisiin mittauksiin maapallon kaukoputkeilla.
SHOES-tiimi käytti Hubblen lähellä olevaa infrapunakameraa ja moniobjekttispektrometriä (NICMOS) ja Advanced Camera for Surveys (Advanced Camera for Surveys) -tapahtumaa (ACS) tarkkailemaan 240 Cepheid-muuttuvaa tähteä seitsemässä galaksissa. Yksi näistä galakseista oli NGC 4258, jonka etäisyys määritettiin erittäin tarkkaan tarkkailuilla radioteleskoopeilla. Kuusi muuta galaksia isännöivät äskettäin tyypin Ia supernoovia, jotka ovat luotettavia etäisyysindikaattoreita vielä pidemmälle mittaamiseen maailmankaikkeudessa. Tyypin Ia supernoovat räjähtävät melkein saman määrän energiaa ja siksi niillä on lähes sama sisäinen kirkkaus.
Tarkkailemalla kefeidejä, joilla on hyvin samankaltaiset ominaisuudet lähellä infrapuna-aallonpituuksia kaikissa seitsemässä galaksissa, ja käyttämällä samaa kaukoputkea ja instrumenttia, joukkue pystyi kalibroimaan tarkemmin supernoovien valoisuuden. Hubblen voimakkaiden kykyjen avulla joukkue pystyi sivuuttamaan joitain vaikeimmista kourista edellisen etäisyysportaan varrella, mikä sisälsi epävarmuustekijöitä Kefeidien käyttäytymisessä.
Riess haluaisi lopulta, että Hubble-vakio jalostetaan arvoon, jonka virhevirhe on enintään yksi prosentti, asettaakseen entistä tiukempia rajoituksia pimeän energian ratkaisuille.
Lähde: Space Telescope Science Institute
