Πόσο γρήγορα επεκτείνεται το Σύμπαν; Αυτή είναι μια ερώτηση που οι αστρονόμοι δεν μπόρεσαν να απαντήσουν με ακρίβεια. Έχουν ένα όνομα για τον ρυθμό επέκτασης του Σύμπαντος: Το Hubble Constant, ή το Hubble's Law. Όμως οι μετρήσεις συνεχίζουν να έρχονται με διαφορετικές τιμές και οι αστρονόμοι συζητούν εδώ και δεκαετίες για αυτό το ζήτημα.
Η βασική ιδέα πίσω από τη μέτρηση της σταθεράς Hubble είναι η εξέταση μακρινών πηγών φωτός, συνήθως ενός τύπου υπερκαινοφανών ή μεταβλητών αστεριών που αναφέρονται ως «τυπικά κεριά» και η μέτρηση της κόκκινης μετατόπισης του φωτός τους. Αλλά ανεξάρτητα από το πώς το κάνουν οι αστρονόμοι, δεν μπορούν να βρουν μια συμφωνημένη τιμή, μόνο μια σειρά τιμών. Μια νέα μελέτη που περιλαμβάνει κβάζαρ και βαρυτικό φακό μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος.
Δεν αμφισβητείται ότι το Σύμπαν επεκτείνεται. Το γνωρίζουμε εδώ και περίπου 100 χρόνια. Το φως από τους μακρινούς γαλαξίες μετατοπίζεται με κόκκινο χρώμα καθώς απομακρύνονται από εμάς και η μέτρηση αυτής της κόκκινης μετατόπισης έχει παράγει διαφορετικές τιμές για καθολική επέκταση.
"Η σταθερά του Χαμπλ αγκυροβολεί τη φυσική κλίμακα του σύμπαντος."
Simon Birrer, μεταδιδακτορικός μελετητής UCLA και κύριος συγγραφέας της μελέτης.
Ο ρυθμός επέκτασης μετράται σε χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Megaparsec, γραμμένο ως (km / s) / Mpc. Έτσι, για παράδειγμα, κάτι που επεκτείνεται με ρυθμό 10 (km / s) / Mpc σημαίνει ότι δύο σημεία στο διάστημα 1 megaparsec (το ισοδύναμο των 3,26 εκατομμυρίων ετών φωτός) ανταγωνίζονται μεταξύ τους με ταχύτητα 10 χιλιομέτρων ανά δεύτερος.
Όταν ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1920, ο ρυθμός επέκτασης θεωρήθηκε ότι ήταν 625 kps / Mpc. Αλλά ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1950, η καλύτερη έρευνα το μετρήθηκε ως λιγότερο από 100 kps / Mpc. Τις τελευταίες δεκαετίες, πολλές μελέτες έχουν μετρήσει τον ρυθμό επέκτασης και έχουν ταχύτητες μεταξύ περίπου 67 έως 77 kps / Mpc.
Αλλά η επιστήμη δεν θα δεχτεί μια σειρά από απαντήσεις για κάτι που θα έπρεπε να έχει μία αξία. Δεν θα ήταν επιστήμη αν το έκανε. Έτσι, οι επιστήμονες συνεχίζουν να δοκιμάζουν διαφορετικούς τρόπους για τη μέτρηση της σταθεράς Hubble για να δουν αν μπορούν να το κάνουν σωστό, επειδή η σταθερά Hubble είναι κάτι περισσότερο από μια μέτρηση της επέκτασης του σύμπαντος.
«Η σταθερά του Χαμπλ αγκαλιάζει τη φυσική κλίμακα του σύμπαντος», δήλωσε ο Simon Birrer, μεταδιδακτορικός μελετητής UCLA και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Χωρίς ακριβή τιμή για τη σταθερά Hubble, οι αστρονόμοι δεν μπορούν να προσδιορίσουν με ακρίβεια τα μεγέθη των απομακρυσμένων γαλαξιών, την ηλικία του σύμπαντος ή το ιστορικό επέκτασης του κόσμου. Έτσι, το να το κάνεις σωστό είναι μεγάλη υπόθεση.
Μια νέα μελέτη που μόλις δημοσιεύθηκε στις Μηνιαίες Ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας δοκιμάζει μια νέα μέθοδο μέτρησης της σταθεράς του Χαμπλ. Η έρευνα διευθύνεται από μια ομάδα αστρονόμων στο UCLA και βασίζεται σε μακρινά κβάζαρ, του οποίου το φως υφίσταται βαρυτικό φακό πριν φτάσει στη Γη.
Τα κβάζαρ είναι εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα. Ονομάζονται επίσης ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες, επειδή πιστεύεται ότι προκαλούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπουν προκαλείται από τον περιστρεφόμενο δίσκο συσσώρευσης γύρω από τη μαύρη τρύπα. Καθώς ο δίσκος της ύλης γύρω από την τρύπα επιταχύνεται, εκπέμπει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας.
Δεδομένου ότι τα κβάζαρ είναι τόσο φωτεινά, είναι ορατά από απέραντες αποστάσεις. Αυτό τους καθιστά όχι μόνο συναρπαστικά αντικείμενα μελέτης, αλλά και χρήσιμα ως δείκτες για τη μελέτη του νόμου του Χαμπλ.
Ο βαρυτικός φακός εμφανίζεται όταν η πηγή φωτός από ένα εξαιρετικά μακρινό αντικείμενο, κβάζαρ σε αυτήν τη μελέτη, συναντά έναν παρεμβαίνοντα γαλαξία πριν φτάσει στους παρατηρητές στη Γη. Η ακραία μάζα του γαλαξία είναι αρκετή για να κάμψει το φως, παρόμοιο με αυτό που κάνει ένας γυάλινος φακός. Το αποτέλεσμα είναι ένα είδος εφέ «σπίτι των καθρεφτών». Η παρακάτω εικόνα δείχνει πώς φαίνεται. Η ανακάλυψη του βαρυτικού φακού σχετίζεται στενότερα με τον Αϊνστάιν, αν και μόλις το 1979 παρατηρήθηκε.
Αυτή η μελέτη επικεντρώθηκε σε διπλά κβάζαρ. Ένα διπλό κβάζαρ, μερικές φορές ονομάζεται δίδυμο κβάζαρ, δεν είναι δύο κβάζαρ το ένα κοντά στο άλλο, αλλά μάλλον αποτέλεσμα της βαρυτικής φακοποίησης. Με ένα διπλό κβάζαρ, το φως τους βλέπει γύρω από έναν γαλαξία που παρεμβαίνει πριν φτάσει στη Γη, παράγοντας δύο εικόνες του κβάζαρ. Καμία προηγούμενη μελέτη δεν τα έχει χρησιμοποιήσει για να προσδιορίσει τον ρυθμό επέκτασης του Σύμπαντος.
Καθώς το φως από το κβάζαρ κάμπτεται γύρω από τον παρεμβαλλόμενο γαλαξία, παράγοντας δύο εικόνες του ίδιου κβάζαρ, δημιουργεί μια μοναδική ευκαιρία παρατήρησης. Το φως που δημιουργεί τις ξεχωριστές εικόνες του κβάζαρ ταξιδεύει με διαφορετική διαδρομή σε κάθε εικόνα. Καθώς το φως από το κβάζαρ κυμαίνεται, υπάρχει καθυστέρηση μεταξύ του τρεμοπαίγματος σε καθεμία από τις δύο εικόνες.
Μετρώντας την χρονική καθυστέρηση μεταξύ των τρεμοπαίξεων και γνωρίζοντας τη μάζα του παρεμβαλλόμενου γαλαξία, η ομάδα συνήγαγε τις αποστάσεις μεταξύ της Γης, του γαλαξία φακού και του κβάζαρ. Γνωρίζοντας τις ερυθρές μετατοπίσεις του κβάζαρ και του γαλαξία επέτρεψε στους επιστήμονες να εκτιμήσουν πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν.
Αυτή η μελέτη επικεντρώθηκε στο διπλό κβάζαρ που ονομάζεται SDSS J1206 + 4332 και επίσης βασίστηκε σε δεδομένα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, τους Δίδυμους και τους W.M. Keck παρατηρητήρια, και από το δίκτυο κοσμολογικής παρακολούθησης βαρυτικών φακών ή COSMOGRAIL. Η ομάδα πέρασε αρκετά χρόνια λαμβάνοντας καθημερινά εικόνες του διπλού κβάζαρ, που τους έδωσε πολύ ακριβείς μετρήσεις της χρονικής καθυστέρησης μεταξύ τρεμοπαίγματος. Σε συνδυασμό με τα άλλα δεδομένα, έδωσε στους αστρονόμους μία από τις καλύτερες μετρήσεις του Hubble Constant ακόμα.
«Η ομορφιά αυτής της μέτρησης είναι ότι είναι εξαιρετικά συμπληρωματική και ανεξάρτητη από τους άλλους», δήλωσε ο Tommasso Treu, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας της UCLA και ο ανώτερος συγγραφέας της εφημερίδας.
Λοιπόν, Πόσο γρήγορα επεκτείνεται;
«… Το σύμπαν είναι λίγο πιο περίπλοκο.
Tommasso Treu, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας της UCLA.
Η ομάδα βρήκε μια τιμή για τη σταθερά Hubble 72,5 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec. Αυτό το ευθυγραμμίζει με άλλες μετρήσεις που χρησιμοποιούσαν μακρινές σουπερνόβες ως στάνταρ κεριά για τη μέτρηση της σταθεράς Hubble. Αλλά είναι περίπου 7% υψηλότερο από τις μετρήσεις που βασίζονται στο Cosmic Microwave Background για τη μέτρησή του.
Αυτό δεν είναι το τέλος της συζήτησης για το νόμο του Χαμπλ. Υπάρχει ακόμα η εντυπωσιακή διαφορά μεταξύ των μεθόδων μέτρησης. Τι σημαίνει? «Αν υπάρχει πραγματική διαφορά μεταξύ αυτών των τιμών, αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν είναι λίγο πιο περίπλοκο», είπε ο Τρέου. Ο Treu είπε επίσης ότι μία από τις μετρήσεις, ή ακόμα και οι τρεις, είναι λάθος.
Η ομάδα θα επιμείνει με τη μέθοδο μέτρησης φαινομένου quasar. Εξετάζουν 40 τετραπλά κβάζαρ για να τους δώσουν ελπίδες ακόμη πιο ακριβή μέτρηση του ρυθμού επέκτασης του Σύμπαντος.
Πηγές:
- Ερευνητικό έγγραφο: H0LiCOW - IX. Κοσμογραφική ανάλυση του διπλά απεικονιζόμενου quasar SDSS 1206 + 4332 και μια νέα μέτρηση της σταθεράς Hubble
- Δελτίο Τύπου UCLA: Το να βλέπεις διπλά θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση διαφωνιών σχετικά με το πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν
- H0LiCOW
- Καταχώριση Wikipedia: Νόμος του Χαμπλ
