Αυτό το γράφημα απεικονίζει τη σχέση περιόδου-φωτεινότητας του Cepheid, την οποία οι επιστήμονες χρησιμοποιούν για να υπολογίσουν το μέγεθος, την ηλικία και τον ρυθμό επέκτασης του Σύμπαντος. Πίστωση: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Πόσο γρήγορα επεκτείνεται το Σύμπαν μας; Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, υπήρξαν διαφορετικές εκτιμήσεις που χρησιμοποιήθηκαν και θερμές συζητήσεις σχετικά με αυτές τις προσεγγίσεις, αλλά τώρα τα δεδομένα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Spitzer έχουν παράσχει την πιο ακριβή μέτρηση ακόμη της σταθεράς Hubble ή του ρυθμού με τον οποίο το σύμπαν μας απλώνεται. Το αποτέλεσμα? Το Σύμπαν μεγαλώνει λίγο πιο γρήγορα από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Η πρόσφατα εκλεπτυσμένη τιμή για τη σταθερά Hubble είναι 74,3 συν ή μείον 2,1 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec.
Η πιο προηγούμενη εκτίμηση προήλθε από μια μελέτη από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, στα 74,2 συν ή μείον 3,6 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec. Ένα megaparsec είναι περίπου 3 εκατομμύρια έτη φωτός.
Για να πραγματοποιήσουν τις νέες μετρήσεις, οι επιστήμονες του Spitzer εξέτασαν τα παλλόμενα αστέρια που ονομάζονται μεταβλητά αστέρια cephied, εκμεταλλευόμενοι το ότι μπορούν να τα παρατηρήσουν σε υπέρυθρο φως μεγάλου μήκους κύματος. Επιπλέον, τα ευρήματα συνδυάστηκαν με προηγούμενα δημοσιευμένα δεδομένα από το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια. Η νέα αποφασιστικότητα μειώνει την αβεβαιότητα στο 3 τοις εκατό, ένα τεράστιο άλμα στην ακρίβεια για κοσμολογικές μετρήσεις, λένε οι επιστήμονες.
Το WMAP έλαβε μια ανεξάρτητη μέτρηση της σκοτεινής ενέργειας, η οποία θεωρείται ότι κερδίζει μια μάχη ενάντια στη βαρύτητα, τραβώντας το ύφασμα του σύμπαντος. Η έρευνα που βασίστηκε σε αυτήν την επιτάχυνση συγκέντρωσε τους ερευνητές το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2011.
Η σταθερά Hubble πήρε το όνομά της από τον αστρονόμο Edwin P. Hubble, ο οποίος εξέπληξε τον κόσμο τη δεκαετία του 1920 επιβεβαιώνοντας ότι το σύμπαν μας επεκτείνεται από τότε που εξερράγη σε 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η επέκταση επιταχύνεται ή επιταχύνεται με την πάροδο του χρόνου. Ο καθορισμός του ρυθμού επέκτασης είναι κρίσιμος για την κατανόηση της ηλικίας και του μεγέθους του σύμπαντος.
«Αυτό είναι ένα τεράστιο παζλ», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης, Wendy Freedman των Παρατηρητηρίων του Ιδρύματος Επιστημών Carnegie στην Πασαντένα. «Είναι συναρπαστικό που μπορέσαμε να χρησιμοποιήσουμε το Spitzer για την αντιμετώπιση θεμελιωδών προβλημάτων στην κοσμολογία: τον ακριβή ρυθμό με τον οποίο το σύμπαν επεκτείνεται την τρέχουσα στιγμή, καθώς και τη μέτρηση της ποσότητας της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν από άλλη οπτική γωνία.» Ο Freedman ηγήθηκε της πρωτοποριακής μελέτης διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble που προηγουμένως είχε μετρήσει τη σταθερά του Hubble.
Ο Glenn Wahlgren, επιστήμονας του προγράμματος Spitzer στα κεντρικά γραφεία της NASA στην Ουάσινγκτον, δήλωσε ότι οι καλύτερες απόψεις των cepheids επέτρεψαν στον Spitzer να βελτιωθεί στις προηγούμενες μετρήσεις της σταθεράς του Hubble.
"Αυτά τα παλλόμενα αστέρια είναι ζωτικής σημασίας σκαλοπάτια σε αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν κοσμική απόσταση από σκάλα: ένα σύνολο αντικειμένων με γνωστές αποστάσεις που, όταν συνδυάζονται με τις ταχύτητες με τις οποίες τα αντικείμενα απομακρύνονται από εμάς, αποκαλύπτουν τον ρυθμό επέκτασης του σύμπαντος", δήλωσε Wahlgren.
Τα Cepheids είναι ζωτικής σημασίας για τους υπολογισμούς, επειδή οι αποστάσεις τους από τη Γη μπορούν να μετρηθούν εύκολα. Το 1908, η Henrietta Leavitt ανακάλυψε αυτά τα αστέρια παλμό με ρυθμό που σχετίζεται άμεσα με την εγγενή τους φωτεινότητα.
Για να φανταστείτε γιατί είναι σημαντικό, φανταστείτε κάποιον να απομακρύνεται από εσάς ενώ κουβαλάει ένα κερί. Όσο πιο μακριά το κερί ταξίδευε, τόσο πιο θαμπή. Η φαινομενική φωτεινότητά του θα αποκάλυπτε την απόσταση. Η ίδια αρχή ισχύει για τα cepheids, τα τυπικά κεριά στον κόσμο μας. Μετρώντας το πόσο φωτεινά εμφανίζονται στον ουρανό και συγκρίνοντάς το με τη γνωστή φωτεινότητά τους σαν να ήταν κοντά, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν την απόσταση τους από τη Γη.
Ο Σπίτζερ παρατήρησε 10 cepheids στο δικό μας γαλαξία Γαλαξία και 80 σε έναν κοντινό γειτονικό γαλαξία που ονομάζεται Large Magellanic Cloud. Χωρίς την κοσμική σκόνη να εμποδίζει την άποψή τους, η ερευνητική ομάδα του Spitzer μπόρεσε να λάβει ακριβέστερες μετρήσεις της φαινομενικής φωτεινότητας των αστεριών, και συνεπώς των αποστάσεων τους. Αυτά τα δεδομένα άνοιξαν το δρόμο για μια νέα και βελτιωμένη εκτίμηση του ρυθμού επέκτασης του σύμπαντος.
«Μόλις πριν από μια δεκαετία, δεν ήταν δυνατή η χρήση των λέξεων« ακρίβεια »και« κοσμολογία »στην ίδια πρόταση και το μέγεθος και η ηλικία του σύμπαντος δεν ήταν γνωστό καλύτερα από έναν παράγοντα δύο», δήλωσε ο Freedman. «Τώρα μιλάμε για ακρίβεια λίγων τοις εκατό. Είναι αρκετά εξαιρετικό. "
«Ο Spitzer κάνει και πάλι επιστήμη πέρα από αυτό που είχε σχεδιαστεί», δήλωσε ο επιστήμονας του έργου Michael Werner στο εργαστήριο Jet Propulsion της NASA. Ο Werner έχει εργαστεί στην αποστολή από την αρχική του φάση πριν από περισσότερα από 30 χρόνια. «Πρώτον, ο Spitzer μας εξέπληξε με την πρωτοποριακή ικανότητά του να μελετάμε ατμόσφαιρες εξωπλανήτη», δήλωσε ο Werner, «και τώρα, στα τελευταία χρόνια της αποστολής, έχει γίνει ένα πολύτιμο εργαλείο κοσμολογίας».
Η μελέτη εμφανίζεται στο Astrophysical Journal.
Χαρτί για το arXiv: Μια βαθμονόμηση μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας Hubble Constant
Πηγή: JPL
