Acest grafic ilustrează relația Cepheid-luminozitate, pe care oamenii de știință o folosesc pentru a calcula dimensiunea, vârsta și rata de expansiune a Universului. Credit: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Cât de rapid se extinde Universul nostru? De-a lungul deceniilor, au existat diferite estimări utilizate și dezbateri aprinse asupra acestor aproximări, dar acum datele de la Telescopul spațial Spitzer au oferit cea mai precisă măsurare a constantei Hubble sau a ritmului cu care universul nostru se întinde. Rezultatul? Universul devine din ce în ce mai mare ceva mai repede decât se credea.
Valoarea recent rafinată a constantei Hubble este de 74,3 plus sau minus 2,1 kilometri pe secundă pe megaparsec.
Cea mai anterioară estimare a provenit dintr-un studiu realizat de Telescopul spațial Hubble, la 74,2 plus sau minus 3,6 kilometri pe secundă pe megaparsec. Un megaparsec are aproximativ 3 milioane de ani-lumină.
Pentru a face noile măsurători, oamenii de știință Spitzer s-au uitat la stele pulsatoare numite stele variabile cefiate, profitând de a le putea observa în lumina infraroșie cu lungime de undă lungă. În plus, rezultatele au fost combinate cu datele publicate anterior din Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA privind energia întunecată. Noua determinare reduce incertitudinea la 3%, un salt uriaș în acuratețe pentru măsurători cosmologice, spun oamenii de știință.
WMAP a obținut o măsurare independentă a energiei întunecate, despre care se crede că va câștiga o luptă împotriva gravitației, îndepărtând țesătura universului. Cercetările bazate pe această accelerație au obținut cercetătorii Premiul Nobel pentru fizică din 2011.
Constanta Hubble poartă numele astronomului Edwin P. Hubble, care a uimit lumea în anii 1920 confirmând că universul nostru s-a extins de când a explodat în urmă cu 13,7 miliarde de ani. La sfârșitul anilor 90, astronomii au descoperit că expansiunea se accelerează sau se accelerează în timp. Determinarea vitezei de expansiune este esențială pentru înțelegerea vârstei și dimensiunii universului.
„Acesta este un puzzle uriaș”, a declarat autorul principal al noului studiu, Wendy Freedman, al Observatorilor din Instituția Carnegie pentru Știință din Pasadena. „Este interesant că am putut folosi Spitzer pentru a rezolva problemele fundamentale în cosmologie: viteza exactă cu care universul se extinde în momentul actual, precum și măsurarea cantității de energie întunecată din univers dintr-un alt unghi.” Freedman a condus studiul inovator al Telescopului Spațial Hubble, care anterior a măsurat constanta Hubble.
Glenn Wahlgren, om de știință al programului Spitzer de la sediul central al NASA din Washington, a declarat că viziunile mai bune ale cefalelor au permis Spitzer să îmbunătățească măsurătorile anterioare ale constantei Hubble.
„Aceste stele pulsante sunt trepte vitale în ceea ce astronomii numesc scara distanței cosmice: un set de obiecte cu distanțe cunoscute care, atunci când sunt combinate cu viteza cu care obiectele se îndepărtează de noi, dezvăluie rata de expansiune a universului”, a spus Wahlgren.
Cefeidele sunt cruciale pentru calcule, deoarece distanțele lor de pe Pământ pot fi măsurate ușor. În 1908, Henrietta Leavitt a descoperit pulsul acestor stele într-un ritm legat direct de luminozitatea lor intrinsecă.
Pentru a vizualiza de ce este important acest lucru, imaginați-vă pe cineva care se îndepărtează de tine în timp ce poartă o lumânare. Cu cât este mai departe lumânarea călătorită, cu atât s-ar întuneca mai mult. Luminozitatea sa aparentă ar dezvălui distanța. Același principiu se aplică cefeidelor, lumânărilor standard din cosmosul nostru. Măsurând cât de strălucitoare apar pe cer și comparând aceasta cu strălucirea lor cunoscută ca și cum ar fi aproape, astronomii pot calcula distanța lor de pe Pământ.
Spitzer a observat 10 cefeide în propria noastră galaxie Calea Lactee și 80 într-o galaxie vecină din apropiere numită Marele Magellanic Cloud. Fără ca praful cosmic să le blocheze viziunea, echipa de cercetare Spitzer a fost capabilă să obțină măsurători mai precise despre luminozitatea aparentă a stelelor și, astfel, distanțele acestora. Aceste date au deschis calea pentru o estimare nouă și îmbunătățită a ratei de expansiune a universului nostru.
„Cu puțin peste un deceniu în urmă, folosirea cuvintelor„ precizie ”și„ cosmologie ”în aceeași propoziție nu a fost posibilă, iar mărimea și vârsta universului nu erau cunoscute mai bine decât un factor de doi”, a spus Freedman. „Acum vorbim despre precizii de câteva procente. Este extraordinar. ”
"Spitzer face din nou știință dincolo de ceea ce a fost proiectat să facă", a spus omul de știință al proiectului, Michael Werner, de la Jet Propulsion Laboratorul NASA. Werner a lucrat la misiune încă de la faza sa de concept, cu mai mult de 30 de ani în urmă. "În primul rând, Spitzer ne-a surprins prin capacitatea sa de pionierat de a studia atmosfera exoplanetă", a spus Werner, "iar acum, în anii care au urmat misiunii, a devenit un instrument valoros de cosmologie."
Studiul apare în Jurnalul Astrofizic.
Hârtie pe arXiv: o calibrare cu infraroșu mediu a constantei Hubble
Sursa: JPL
