Hvor raskt utvides universet? Det er et spørsmål som astronomer ikke har klart å svare nøyaktig. De har et navn for universets utvidelsesgrad: Hubble Constant, eller Hubbles lov. Men målinger kommer med forskjellige verdier, og astronomer har diskutert frem og tilbake om dette problemet i flere tiår.
Den grunnleggende ideen bak måling av Hubble-konstanten er å se på fjerne lyskilder, vanligvis en type supernovaer eller variable stjerner referert til som ‘standardlys’, og å måle det røde skiftet av lyset deres. Men uansett hvordan astronomer gjør det, kan de ikke komme med en avtalt verdi, bare et utvalg av verdier. En ny studie som involverer kvasarer og gravitasjonslinser kan bidra til å løse problemet.
At universet ekspanderer er ikke i tvil. Vi har visst dette i omtrent 100 år. Lyset fra fjerne galakser blir rødskiftet når de beveger seg bort fra oss, og måling av det røde skiftet har gitt forskjellige verdier for universell ekspansjon.
"Hubble-konstanten forankrer universets fysiske skala."
Simon Birrer, UCLA postdoktor og hovedforfatter av studien.
Ekspansjonshastigheten måles i kilometer per sekund per Megaparsec, skrevet som (km / s) / Mpc. Så for eksempel, noe som utvider seg med en hastighet på 10 (km / s) / Mpc, betyr at to punkter i mellomrommet 1 megaparsek fra hverandre (tilsvarer 3,26 millioner lysår) løper bort fra hverandre med en hastighet på 10 kilometer pr. sekund.
Da den ble oppdaget første gang på 1920-tallet, antas ekspansjonshastigheten å være 625 kps / Mpc. Men fra 1950-tallet målte bedre forskning det til under 100 kps / Mpc. I løpet av de siste tiårene har flere studier målt ekspansjonshastigheten, og har en hastighet på mellom 67 og 77 kps / Mpc.
Men vitenskapen vil ikke godta en rekke svar for noe som bør ha en verdi. Det ville ikke være vitenskap hvis det gjorde det. Så forskere prøver stadig forskjellige måter å måle Hubble-konstanten for å se om de kan få det til, fordi Hubble-konstanten er mer enn bare et mål for universets utvidelse.
"Hubble forankrer konstant universets fysiske omfang," sa Simon Birrer, en UCLA-postdoktor og hovedforfatter av studien. Uten en presis verdi for Hubble-konstanten, kan astronomer ikke nøyaktig bestemme størrelsene på avsidesliggende galakser, universets alder eller kosmoses ekspansjonshistorie. Så å få det til er en stor sak.
En ny studie nettopp publisert i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society prøver en ny metode for måling av Hubble Constant. Forskningen ledes av et team av astronomer ved UCLA, og er avhengig av fjerne kvasarer hvis lys gjennomgår gravitasjonslinsing før den når jorden.
Kvasarer er ultralyse objekter. De kalles også aktive galaktiske kjerner, fordi de antas å være forårsaket av supermassive sorte hull i sentrum av galakser. Den elektromagnetiske strålingen som de avgir, er forårsaket av den virvlende tilvekstskiven rundt det sorte hullet. Når skiven med materien rundt hullet går raskere, avgir den en enorm mengde energi.
Siden kvasarer er så lysende, kan de sees fra store avstander. Dette gjør dem ikke bare fascinerende studieobjekter, men også nyttige som markører for å studere Hubble's Law.
Gravitasjonslinsering skjer når lyskilde fra en ekstremt fjern gjenstand, kvasarer i denne studien, møter en mellomliggende galakse før den når observatører på jorden. Den ekstreme massen til galaksen er tilstrekkelig til å bøye lyset, på samme måte som et glassobjektiv gjør. Resultatet er et slags ‘speilhus’ -effekt. Bildet under viser hvordan det ser ut. Oppdagelsen av gravitasjonslinser er mest assosiert med Einstein, selv om det ikke var før 1979 det ble observert.
Denne studien fokuserte på doble kvasarer. En dobbel kvasar, noen ganger kalt en tvilling-kvasar, er ikke to kvasarer i nærheten av hverandre, men snarere en effekt av gravitasjonslinsing. Med en dobbel kvasar blir lyset deres linset rundt en mellomliggende galakse før de når jorden, og produserer to bilder av kvasaren. Ingen tidligere studier har brukt dem for å prøve å bestemme universets utvidelsesgrad.
Når lyset fra kvasaren er bøyd rundt den mellomliggende galaksen og produserer to bilder av den samme kvasaren, gir det en unik observasjonsmulighet. Lyset som lager separate bilder av kvasaren, reiser en annen bane til hvert bilde. Når lyset fra kvasaren svinger, er det en forsinkelse mellom flimringen i hvert av de to bildene.
Ved å måle tidsforsinkelsen mellom flimringene, og ved å kjenne til massen til den mellomliggende galaksen, deducerte teamet avstandene mellom Jorden, linsegalaksen og kvasaren. Når de kjente til rødskiftene i kvasaren og galaksen, gjorde forskerne i stand til å estimere hvor raskt universet ekspanderer.
Denne studien fokuserte på dobbeltkvasaren kalt SDSS J1206 + 4332, og stolte også på data fra Hubble-romteleskopet, Gemini og W.M. Keck-observatorier, og fra Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses, eller COSMOGRAIL, nettverket. Teamet brukte flere år på å ta daglige bilder av dobbeltkvasaren, noe som ga dem veldig presise målinger av tidsforsinkelsen mellom flimringene. Når det ble kombinert med de andre dataene, ga det astronomer en av de beste målingene av Hubble Constant ennå.
"Det fine med denne målingen er at den er svært utfyllende og uavhengig av andre," sa Tommasso Treu, UCLA-professor i fysikk og astronomi og avisens seniorforfatter.
Så hvor raskt utvides det?
“... universet er litt mer komplisert.
Tommasso Treu, UCLA-professor i fysikk og astronomi.
Teamet kom med en verdi for Hubble Constant på 72,5 kilometer per sekund per megaparsek. Dette setter den på linje med andre målinger som brukte fjerne supernovaer som standardlys for å måle Hubble Constant. Men det er omtrent 7% høyere enn målinger som er avhengige av den kosmiske mikrobølgeovnbakgrunnen for å måle den.
Dette er ikke slutten på debatten om Hubble's Law. Det er fortsatt den irriterende forskjellen mellom målemetodene. Hva betyr det? "Hvis det er en faktisk forskjell mellom disse verdiene, betyr det at universet er litt mer komplisert," sa Treu. Treu sa også at en av målingene, eller til og med alle tre, er feil.
Teamet kommer til å fortsette med sin målemetode med kvasar-linse. De ser på 40 firedoblede kvasarer for å forhåpentligvis gi dem en enda mer presis måling av universets utvidelseshastighet.
Kilder:
- Forskningsartikkel: H0LiCOW - IX. Kosmografisk analyse av den dobbeltbildede kvasaren SDSS 1206 + 4332 og en ny måling av Hubble-konstanten
- UCLAs pressemelding: Å se dobbelt kan bidra til å løse tvisten om hvor raskt universet ekspanderer
- H0LiCOW
- Wikipedia-oppføring: Hubbles lov
