Denne grafen illustrerer Cepheid periode-lysstyrke-forholdet, som forskere bruker for å beregne størrelsen, alderen og ekspansjonshastigheten til universet. Kreditt: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Hvor raskt utvides universet vårt? I løpet av flere tiår har det vært forskjellige estimater brukt og opphetede debatter over disse tilnærmelsene, men nå har data fra Spitzer-romteleskopet gitt den mest presise målingen ennå av Hubble-konstanten, eller hastigheten som vårt univers strekker seg fra hverandre. Resultatet? Universet blir større litt raskere enn tidligere antatt.
Den nylig raffinerte verdien for Hubble-konstanten er 74,3 pluss eller minus 2,1 kilometer per sekund per megaparsek.
Det mest tidligere estimatet kom fra en studie fra Hubble-romteleskopet, med 74,2 pluss eller minus 3,6 kilometer per sekund per megaparsek. En megaparsek er omtrent 3 millioner lysår.
For å gjøre de nye målingene, så forskere fra Spitzer på pulserende stjerner kalt cephied variable stars, og utnyttet fordelene av å kunne observere dem i infrarødt lys med lang bølgelengde. I tillegg ble funnene kombinert med tidligere publiserte data fra NASAs Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) om mørk energi. Den nye bestemmelsen bringer usikkerheten ned til 3 prosent, et kjempesprang i nøyaktighet for kosmologiske målinger, sier forskere.
WMAP oppnådde en uavhengig måling av mørk energi, som antas å vinne en kamp mot tyngdekraften, og trekke universets stoff fra hverandre. Forskning basert på denne akselerasjonen skaffet forskere 2011 Nobelprisen i fysikk.
Hubble-konstanten er oppkalt etter astronomen Edwin P. Hubble, som overrasket verden på 1920-tallet ved å bekrefte at universet vårt har utvidet seg siden det eksploderte til å være for 13,7 milliarder år siden. På slutten av 1990-tallet oppdaget astronomer at ekspansjonen akselererer, eller går fart over tid. Å bestemme ekspansjonshastigheten er kritisk for å forstå universets alder og størrelse.
"Dette er et enormt puslespill," sa hovedforfatteren av den nye studien, Wendy Freedman fra Observatories of the Carnegie Institution for Science in Pasadena. "Det er spennende at vi klarte å bruke Spitzer til å takle grunnleggende problemer i kosmologien: den nøyaktige hastigheten som universet ekspanderer til på det nåværende tidspunktet, samt å måle mengden mørk energi i universet fra en annen vinkel." Freedman ledet den banebrytende Hubble-romteleskopstudien som tidligere hadde målt Hubble-konstanten.
Glenn Wahlgren, Spitzer-programforsker ved NASA-hovedkvarteret i Washington, sa at de bedre synene på cepheider gjorde det mulig for Spitzer å forbedre sine tidligere målinger av Hubble-konstanten.
"Disse pulserende stjernene er viktige trinn i det astronomene kaller den kosmiske avstandsstigen: et sett med objekter med kjente avstander, når de kombineres med hastighetene som gjenstandene beveger seg bort fra oss, avslører universets ekspansjonshastighet," sa Wahlgren.
Cepheider er avgjørende for beregningene fordi deres avstander fra Jorden lett kan måles. I 1908 oppdaget Henrietta Leavitt disse stjernene puls med en hastighet direkte relatert til deres egen lysstyrke.
For å visualisere hvorfor dette er viktig, kan du tenke deg at noen går bort fra deg mens du bærer et lys. Jo lenger stearinlyset reiste, jo mer ville det dimme. Dens tilsynelatende lysstyrke ville avsløre avstanden. Det samme prinsippet gjelder cepheider, standardlys i kosmos. Ved å måle hvor lyse de ser ut på himmelen, og sammenligne dette med deres kjente lysstyrke som om de var på nært hold, kan astronomer beregne avstanden fra Jorden.
Spitzer observerte 10 cepheider i vår egen melkeveisakse og 80 i en nærliggende galakse i nærheten kalt den store magellanske skyen. Uten at det kosmiske støvet blokkerte synet, kunne Spitzer-forskerteamet oppnå mer presise målinger av stjernenes tilsynelatende lysstyrke, og dermed avstandene deres. Disse dataene åpnet for et nytt og forbedret estimat av universets ekspansjonsgrad.
"For litt over et tiår siden var det ikke mulig å bruke ordene" presisjon "og" kosmologi "i samme setning, og universets størrelse og alder var ikke kjent for bedre enn en faktor av to," sa Freedman. Nå snakker vi om nøyaktigheter på noen få prosent. Det er ganske ekstraordinært. ”
"Spitzer gjør nok en gang vitenskap utover det den var designet for å gjøre," sa prosjektforsker Michael Werner ved NASAs Jet Propulsion Laboratory. Werner har jobbet med oppdraget siden den tidlige konseptfasen for mer enn 30 år siden. "For det første overrasket Spitzer oss med sin banebrytende evne til å studere eksoplanettatmosfærer," sa Werner, "og nå, i oppdragets senere år, har det blitt et verdifullt kosmologiverktøy."
Studien vises i Astrophysical Journal.
Papir om arXiv: En midt-infrarød kalibrering av Hubble-konstanten
Kilde: JPL
