Cât de rapid se extinde Universul? Aceasta este o întrebare la care astronomii nu au reușit să răspundă cu exactitate. Ei au un nume pentru rata de expansiune a Universului: Constanta Hubble sau Legea lui Hubble. Dar măsurătorile continuă să apară cu valori diferite, iar astronomii dezbat din nou și înapoi pe această problemă de zeci de ani.
Ideea de bază din spatele măsurării constantei Hubble este de a privi sursele de lumină îndepărtate, de obicei un tip de supernove sau stele variabile, denumite „lumânări standard” și de a măsura deplasarea roșie a luminii lor. Dar indiferent de modul în care o fac astronomii, nu pot veni cu o valoare convenită, ci doar o serie de valori. Un nou studiu care implică cvasari și lentile gravitaționale ar putea ajuta la rezolvarea problemei.
Că Universul se extinde nu este vorba. Știm asta de aproximativ 100 de ani. Lumina din galaxiile îndepărtate este deplasată în roșu pe măsură ce se îndepărtează de noi și măsurând că deplasarea roșie a produs valori diferite pentru expansiunea universală.
„Constanta Hubble ancorează scara fizică a universului.”
Simon Birrer, savant postdoctoral UCLA și autor principal al studiului.
Rata de extindere este măsurată în kilometri pe secundă pe Megaparsec, scrisă ca (km / s) / Mpc. De exemplu, ceva care se extinde la o viteză de 10 (km / s) / Mpc înseamnă că două puncte în spațiu la 1 megaparsec una de alta (echivalentul a 3,26 milioane de ani-lumină) se deplasează unul față de celălalt la o viteză de 10 kilometri pe al doilea.
Când a fost descoperită pentru prima dată în anii 1920, viteza de expansiune era de 625 kps / Mpc. Dar începând cu anii 1950, o cercetare mai bună a măsurat-o sub 100 kps / Mpc. În ultimele decenii, studii multiple au măsurat rata de expansiune și au înregistrat viteze cuprinse între 67 și 77 kps / Mpc.
Dar știința nu va accepta o serie de răspunsuri pentru ceva care ar trebui să aibă o valoare. Nu ar fi știință dacă ar fi făcut-o. Așadar, oamenii de știință încearcă diferite modalități de a măsura Constanța Hubble pentru a vedea dacă pot obține corect, deoarece constanta Hubble este mai mult decât o simplă măsurare a expansiunii universului.
„Constanta Hubble ancorează scara fizică a universului”, a declarat Simon Birrer, un savant postdoctoral UCLA și autorul principal al studiului. Fără o valoare precisă pentru constanta Hubble, astronomii nu pot determina cu exactitate dimensiunile galaxiilor îndepărtate, vârsta universului sau istoria de expansiune a cosmosului. Așa că a înțelege corect este o afacere mare.
Un nou studiu care tocmai a fost publicat în lunile Notificări ale Royal Astronomical Society încearcă o metodă nouă de măsurare a constantei Hubble. Cercetarea este condusă de o echipă de astronomi de la UCLA și se bazează pe cvasi îndepărtate a căror lumină este supusă unor lentile gravitaționale înainte de a ajunge pe Pământ.
Quasarii sunt obiecte ultra-strălucitoare. Ele sunt, de asemenea, numite nuclee galactice active, deoarece se crede că sunt cauzate de găuri negre super-masive din centrul galaxiilor. Radiația electromagnetică pe care o emit este cauzată de discul de acreție rotativă din jurul găurii negre. Pe măsură ce discul de materie din jurul găurii se accelerează, emite o cantitate enormă de energie.
Deoarece cvasarele sunt atât de luminoase, ele pot fi văzute de la distanțe mari. Acest lucru le face nu numai obiecte de studiu fascinante, ci și utile ca markeri pentru studierea dreptului lui Hubble.
Lentilarea gravitațională are loc atunci când sursa de lumină dintr-un obiect extrem de îndepărtat, ceda în acest studiu, întâlnește o galaxie care intervine înainte de a ajunge la observatori pe Pământ. Masa extremă a galaxiei este suficientă pentru a îndoi lumina, similar cu modul în care o face o lentilă de sticlă. Rezultatul este un fel de efect „casa oglinzilor”. Imaginea de mai jos arată cum arată. Descoperirea lentilelor gravitaționale este cea mai strâns asociată cu Einstein, deși până în 1979 nu a fost observată.
Acest studiu s-a concentrat pe cvasi dublu. Un dublu quasar, uneori numit cvasar dublu, nu este cel mai aproape două cvasari, ci mai degrabă un efect al lentilelor gravitaționale. Cu un dublu quasar, lumina lor este luminată în jurul unei galaxii interveniente înainte de a ajunge pe Pământ, producând două imagini ale cvasarului. Niciun studiu anterior nu le-a folosit pentru a încerca să determine rata de expansiune a Universului.
Pe măsură ce lumina de la cvasar este îndoită în jurul galaxiei intervenite, producând două imagini ale aceluiași quasar, creează o oportunitate de observație unică. Lumina care creează imaginile separate ale quasarului parcurge o cale diferită către fiecare imagine. Deoarece lumina de la cvasar fluctua, există o întârziere între pâlpâirea în fiecare dintre cele două imagini.
Măsurând întârzierea de timp dintre pâlpâiruri și cunoscând masa galaxiei interveniente, echipa a dedus distanțele dintre Pământ, galaxia cu lentile și quasar. Cunoașterea schimbărilor roșii ale quasarului și galaxiei le-a permis oamenilor de știință să estimeze cât de rapid se extinde universul.
Acest studiu s-a concentrat pe dublu quasar numit SDSS J1206 + 4332 și s-a bazat și pe datele de la Telescopul Spațial Hubble, Gemeni și W.M. Observatorii Keck și din rețeaua de monitorizare cosmologică a lentilelor gravitaționale sau COSMOGRAIL. Echipa a petrecut câțiva ani realizând imagini zilnice cu dublu quasar, ceea ce le-a oferit măsurători foarte precise ale întârzierii de timp între pâlpâiri. Când a fost combinat cu celelalte date, acesta a oferit astronomilor una dintre cele mai bune măsurători ale constantei Hubble.
„Frumusețea acestei măsurări este că este extrem de complementară și independentă de ceilalți”, a declarat Tommasso Treu, profesor UCLA de fizică și astronomie și autorul principal al lucrării.
Deci, cât de repede se extinde?
„… Universul este ceva mai complicat.
Tommasso Treu, UCLA profesor de fizică și astronomie.
Echipa a venit cu o valoare pentru constanta Hubble de 72,5 kilometri pe secundă pe megaparsec. Acest lucru îl pune în concordanță cu alte măsurători care au folosit supernovele îndepărtate ca lumânări standard pentru a măsura Constanta Hubble. Dar este cu aproximativ 7% mai mare decât măsurătorile care se bazează pe fundalul cu microunde cosmic pentru a-l măsura.
Acesta nu este sfârșitul dezbaterii cu privire la Legea lui Hubble. Există încă această diferență neobișnuită între metodele de măsurare. Ce înseamnă? „Dacă există o diferență reală între aceste valori, înseamnă că universul este puțin mai complicat”, a spus Treu. Treu a mai spus că una dintre măsurători, sau chiar toate cele trei, sunt greșite.
Echipa va persista cu metoda lor de măsurare a lentilei de cvasar. Aceștia privesc 40 de cvadruple quadruple pentru a le oferi o măsurare și mai precisă a ratei de expansiune a Universului.
Surse:
- Document de cercetare: H0LiCOW - IX. Analiza cosmografică a quasarului dublu imaginat SDSS 1206 + 4332 și o nouă măsurare a constantei Hubble
- Comunicat de presă UCLA: Văzând dublu ar putea ajuta la rezolvarea disputelor cu privire la cât de rapid se extinde universul
- H0LiCOW
- Intrare Wikipedia: Legea lui Hubble
