Studie: Konfliktní hodnoty Hubbleovy konstanty nejsou způsobeny chybou měření

Astronomové provedli nová měření planety Hubble je opravenJe to měřítko toho, jak rychle se vesmír rozpíná, a to kombinací dat z Hubbleova vesmírného dalekohledu a vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Jejich výsledky podle jejich výsledků potvrdily přesnost předchozích Hubbleových měření hodnoty konstanty Nedávný papír Byl publikován v The Astrophysical Journal Letters s důsledkem dlouhodobého nesouladu hodnot získaných různými pozorovacími metodami známými jako „Hubbleův tenzor“.

Byly doby, kdy si vědci mysleli, že vesmír je statický, ale to se změnilo s obecnou teorií relativity Alberta Einsteina. Alexander Friedmann publikoval v roce 1922 sadu rovnic ukazujících, že vesmír se skutečně rozpíná, a Georges Lemaitre později provedl nezávislou derivaci, aby dospěl ke stejnému závěru. Edwin Hubble potvrdil tuto expanzi pozorovacími daty v roce 1929. Předtím se Einstein pokoušel upravit obecnou relativitu přidáním kosmologické konstanty, aby ze své teorie získal pevný vesmír; Po objevení Hubblea, Legenda říkáToto úsilí označil za svůj největší omyl.

Jak již bylo zmíněno dříve, Hubbleova konstanta je mírou expanze vesmíru vyjádřenou v jednotkách kilometrů za sekundu za megaparsek. Proto se každou sekundu, každý milion parseků vesmíru rozšíří o určitý počet kilometrů. Jiný způsob, jak o tom přemýšlet, je z hlediska relativně stacionárního objektu vzdáleného milion parseků: každou sekundu se vzdálí o několik kilometrů.

Kolik kilometrů? To je ten problém. Existují tři způsoby, jak vědci měří Hubbleovu konstantu: sledování blízkých objektů, aby zjistili, jak rychle se pohybují, gravitační vlny produkované srážkou černých děr nebo neutronových hvězd a měření drobných aberací v dosvitu velkého třesku známého jako kosmický mikrovlnné pozadí (CMB). Různé přístupy však našly různé hodnoty. Například sledování vzdálených supernov produkovalo hodnotu 73 kilometrů za sekundu Mpc, zatímco měření záření CMB pomocí satelitu Planck produkovalo hodnotu 67 kilometrů za sekundu Mpc.

Právě minulý rok vědci provedli třetí nezávislé měření rozpínání vesmíru sledováním chování supernovy s gravitační čočkou, kde zkreslení časoprostoru způsobené masivním objektem funguje jako čočka zvětšující objekt na pozadí. Nejlepší shody mezi těmito modely skončily těsně pod Hubbleovou konstantou odvozenou z CMB, s rozdílem v rámci statistické chyby. Hodnoty blíže k hodnotám odvozeným z jiných měření supernov výrazně lépe odpovídaly datům. Tato metoda je nová, s velkou mírou nejistoty, ale poskytla nezávislý prostředek pro dosažení Hubbleovy konstanty.

„Změřili jsme to pomocí informací v kosmickém mikrovlnném pozadí a dostali jsme jedinou hodnotu,“ napsal redaktor Ars Science John Timmer. „Měřili jsme to pomocí zdánlivé vzdálenosti objektů v současném vesmíru a dostali jsme hodnotu, která se lišila asi o 10 procent. Pokud někdo může říct, na obou měřeních není nic špatného a neexistuje jasný způsob, jak to změřit.“ “ Přimějte je, aby souhlasili.“ Jedna z hypotéz je, že raný vesmír nakrátko zažil jakési „kopnutí“ odpudivé gravitace (podobné myšlence temné energie), která se pak záhadně zastavila a zmizela. Ale zůstává to spekulativní, i když zajímavé , nápad pro fyziky.

Toto poslední měření závisí na Potvrzeno loni Na základě Webbových dat byla Hubbleova měření rychlosti expanze přesná, alespoň pro prvních několik příček na stupnici kosmické vzdálenosti. Stále však existuje možnost dosud neodhalených chyb, které by mohly dále nahlížet hlouběji (a tedy zpět v čase) do vesmíru, zejména pro měření jasnosti vzdálených hvězd.

Nový tým tedy provedl další pozorování proměnných hvězd Cepheid – celkem 1 000 hvězd v pěti hostitelských galaxiích vzdálených až 130 milionů světelných let – a spojil je s daty z HST. Teleskop Webb je schopen vidět za mezihvězdný prach, díky kterému jsou snímky těchto hvězd z HST rozmazanější a překrývající se, takže astronomové mohou snadno rozlišovat mezi jednotlivými hvězdami.

Výsledky také potvrdily přesnost Hubbleových dat. „Nyní jsme pokryli celý rozsah toho, co HST pozoroval, a můžeme s velmi vysokou spolehlivostí vyloučit chybu měření jako příčinu jitteru HST.“ řekl spoluautor a vedoucí týmu Adam Rees, fyzik z Johns Hopkins University. „Kombinace Webba a HST nám dává to nejlepší z obou světů. Zjistili jsme, že Hubbleova měření zůstávají spolehlivá, i když stoupáme dále po žebříku kosmické vzdálenosti. S eliminovanými chybami měření zůstává skutečná a vzrušující možnost, že jsme vesmír špatně pochopili.“ “

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