Studiu: Valori contradictorii pentru constanta Hubble nu se datorează unei erori de măsurare

O tensiune de lungă durată –

Altceva influențează rata de expansiune a Universului.

Astronomii au făcut noi măsurători ale Hubble Constant, o măsură a cât de repede se extinde Universul, prin combinarea datelor de la Telescopul Spațial Hubble și Telescopul Spațial James Webb. Rezultatele lor au confirmat acuratețea măsurării anterioare de către Hubble a valorii constantei, conform lor. lucrare recentă publicat în The Astrophysical Journal Letters, cu implicații pentru o discrepanță de lungă durată a valorilor obținute prin diferite metode de observație cunoscute sub numele de „tensiunea Hubble”.

A existat o perioadă în care oamenii de știință credeau că Universul este static, dar asta s-a schimbat odată cu teoria relativității generale a lui Albert Einstein. Alexander Friedmann a publicat un set de ecuații în 1922 care arată că Universul s-ar putea de fapt să se extindă, Georges Lemaitre făcând mai târziu o derivație independentă pentru a ajunge la aceeași concluzie. Edwin Hubble a confirmat această expansiune cu date observaționale în 1929. Înainte de aceasta, Einstein a încercat să modifice relativitatea generală prin adăugarea unei constante cosmologice pentru a obține un univers static din teoria sa; după descoperirea lui Hubble, spune legendas-a referit la acel efort drept cea mai mare gafă a lui.

La fel de raportate anterior, Constanta Hubble este o măsură a expansiunii Universului exprimată în unități de kilometri pe secundă pe megaparsec. Deci, în fiecare secundă, fiecare megaparsec al Universului se extinde cu un anumit număr de kilometri. Un alt mod de a gândi acest lucru este în termenii unui obiect relativ staționar la un megaparsec depărtare: în fiecare secundă, devine cu un număr de kilometri mai îndepărtat.

Cati kilometri? Asta e problema aici. Există trei metode pe care oamenii de știință le folosesc pentru a măsura constanta Hubble: privirea obiectelor din apropiere pentru a vedea cât de repede se mișcă, undele gravitaționale produse prin ciocnirea găurilor negre sau a stelelor neutronice și măsurarea abaterilor minuscule în lumina ulterioară a Big Bang-ului cunoscut sub numele de Fundal cosmic cu microunde (CMB). Cu toate acestea, diferitele metode au venit cu valori diferite. De exemplu, urmărirea supernovelor îndepărtate a produs o valoare de 73 km/s Mpc, în timp ce măsurătorile CMB folosind satelitul Planck au produs o valoare de 67 km/s Mpc.

Chiar anul trecut, cercetători a făcut o a treia măsură independentă a expansiunii Universului prin urmărirea comportamentului unei supernove cu lentile gravitaționale, unde distorsiunea spațiu-timp cauzată de un obiect masiv acționează ca o lentilă pentru a mări un obiect din fundal. Cele mai bune potriviri ale acelor modele au ajuns să fie ușor sub valoarea constantei Hubble derivată din CMB, diferența fiind în cadrul erorii statistice. Valorile mai apropiate de cele derivate din măsurătorile altor supernove s-au potrivit considerabil mai rău pentru date. Metoda este nouă, cu incertitudini considerabile, dar a oferit un mijloc independent de a ajunge la Constanta Hubble.

„Am măsurat-o folosind informații din fundalul cosmic cu microunde și am obținut o singură valoare”, editorul Ars Science John Timmer a scris. „Și am măsurat-o folosind distanța aparentă față de obiectele din Universul actual și am obținut o valoare care diferă cu aproximativ 10 la sută. Din câte poate spune oricine, nu este nimic în neregulă cu nicio măsurătoare și nu există o modalitate evidentă de a fă-i să fie de acord.” O ipoteză este că Universul timpuriu a experimentat pentru scurt timp un fel de „lovitură” din partea gravitației respingătoare (asemănătoare noțiunii de energie întunecată), care apoi s-a oprit în mod misterios și a dispărut. Dar rămâne o idee speculativă, deși una potențial interesantă pentru fizicieni.

Această ultimă măsurătoare se bazează pe confirmarea de anul trecut pe baza datelor Webb, că măsurătorile lui Hubble ale vitezei de expansiune au fost precise, cel puțin pentru primele câteva „trepte” ale „scării distanței cosmice”. Dar exista încă posibilitatea unor erori încă nedetectate care ar putea crește profundul (și, prin urmare, mai înapoi în timp) privit în Univers, în special pentru măsurătorile luminozității stelelor mai îndepărtate.

Așa că o nouă echipă a făcut observații suplimentare ale stelelor variabile Cepheid – un total de 1.000 în cinci galaxii gazdă până la 130 de milioane de ani lumină – și le-a corelat cu datele Hubble. Telescopul Webb este capabil să vadă dincolo de praful interstelar care a făcut ca propriile imagini ale Hubble ale acelor stele să fie mai neclare și suprapuse, astfel încât astronomii ar putea distinge mai ușor între stele individuale.

Rezultatele au confirmat în continuare acuratețea datelor Hubble. „Acum am acoperit întreaga gamă a ceea ce a observat Hubble și putem exclude o eroare de măsurare ca cauză a Tensiunii Hubble cu o încredere foarte mare.” a spus coautorul și liderul echipei Adam Riess, fizician la Universitatea Johns Hopkins. „Combinarea Webb și Hubble ne oferă tot ce este mai bun din ambele lumi. Găsim că măsurătorile Hubble rămân fiabile pe măsură ce urcăm mai departe de-a lungul scării distanței cosmice. Cu erorile de măsurare anulate, ceea ce rămâne este posibilitatea reală și incitantă că am înțeles greșit Universul. .”

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