På 1920-tallet gjorde Edwin Hubble den banebrytende avsløringen om at universet var i en ekspansjonstilstand. Denne bekreftelsen, som opprinnelig ble spådd som en konsekvens av Einsteins teori om generell relativitet, førte til det som ble kjent som Hubbles konstant. I de tiår som er sikret, og takket være distribusjonen av neste generasjons teleskoper - som det passende navngitte Hubble-romteleskopet (HST) - har forskere blitt tvunget til å revidere denne loven.
Kort sagt, i løpet av de siste tiårene har muligheten til å se lenger ut i verdensrommet (og dypere i tid) gjort det mulig for astronomer å gjøre mer nøyaktige målinger om hvor raskt det tidlige universet ekspanderte. Og takket være en ny undersøkelse utført ved bruk av Hubble, har et internasjonalt team av astronomer vært i stand til å utføre de mest presise målingene av utvidelsesgraden til universet til dags dato.
Denne undersøkelsen ble utført av Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES) -teamet, en internasjonal gruppe astronomer som har vært på jakt for å avgrense nøyaktigheten til Hubble Constant siden 2005. Gruppen ledes av Adam Reiss fra verdensrommet Telescope Science Institute (STScI) og Johns Hopkins University, og inkluderer medlemmer fra American Museum of Natural History, Neils Bohr Institute, National Optical Astronomy Observatory, og mange prestisjetunge universiteter og forskningsinstitusjoner.
Studien som beskriver funnene deres nylig dukket opp i The Astrophysical Journal under tittelen “Type Ia Supernova Distances at Redshift> 1,5 fra Hubble romteleskop Multisyklus Treasury Programs: The Early Expansion Rate “. For studiens skyld, og i samsvar med deres langsiktige mål, forsøkte teamet å konstruere en ny og mer nøyaktig "avstandsstige".
Dette verktøyet er hvordan astronomer tradisjonelt har målt avstander i universet, som består av å stole på avstandsmarkører som Cepheid-variabler - pulserende stjerner hvis avstander kan utledes ved å sammenligne sin egen lysstyrke med deres tilsynelatende lysstyrke. Disse målingene blir deretter sammenlignet med måten lys fra avstand galakser blir forskjøvet for å bestemme hvor raskt rommet mellom galaksene ekspanderer.
Fra dette er Hubble-konstanten avledet. For å bygge sin fjerne stige, gjennomførte Riess og teamet hans parallaksemålinger ved hjelp av Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC3) av åtte nyanalyserte Cepheid-variabler i Melkeveien. Disse stjernene er omtrent 10 ganger lenger unna enn noen tidligere studert - mellom 6.000 og 12.000 lysår fra Jorden - og pulserer med lengre intervaller.
For å sikre nøyaktighet som kan forklare wobblene til disse stjernene, utviklet teamet også en ny metode der Hubble skulle måle en stjerners posisjon tusen ganger i minuttet hvert halvår i fire år. Teamet sammenlignet deretter lysstyrken til disse åtte stjernene med fjernere Cepheider for å sikre at de kunne beregne avstandene til andre galakser med mer presisjon.
Ved hjelp av den nye teknikken var Hubble i stand til å fange endringen i posisjonen til disse stjernene i forhold til andre, noe som forenklet ting enormt. Som Riess forklarte i en pressemelding fra NASA:
- Denne metoden gir mulighet for gjentatte muligheter til å måle de ekstremt små forskyvningene på grunn av parallaks. Du måler skillet mellom to stjerner, ikke bare på ett sted på kameraet, men over og over tusenvis av ganger, og reduserer målingene. "
Sammenlignet med tidligere undersøkelser, var teamet i stand til å utvide antall stjerner analysert til avstander opptil 10 ganger lenger. Resultatene deres stride imidlertid imot resultatene som ble oppnådd av European Space Agency (ESA) Planck-satellitt, som har målt den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) - reststrålingen som ble opprettet av Big Bang - siden den ble distribuert i 2009.
Ved å kartlegge CMB har Planck vært i stand til å spore utvidelsen av kosmos under det tidlige universumet. 378.000 år etter Big Bang. Plancks resultat spådde at Hubble konstante verdi nå skulle være 67 kilometer per sekund per megaparsek (3,3 millioner lysår), og ikke kunne være høyere enn 69 kilometer per sekund per megaparsek.
Basert på sruvey, oppnådde Riess team en verdi på 73 kilometer per sekund per megaparsek, et avvik på 9%. I hovedsak indikerer resultatene at galakser beveger seg raskere enn implisitt av observasjoner fra det tidlige universet. Fordi Hubble-dataene var så presise, kan ikke astronomer avvise gapet mellom de to resultatene som feil i en enkelt måling eller metode. Som Reiss forklarte:
“Fellesskapet kjemper virkelig med å forstå betydningen av dette avviket ... Begge resultatene er testet på flere måter, så det utelukker en rekke ubeslektede feil. det er stadig mer sannsynlig at dette ikke er en feil, men en funksjon i universet. "
Disse siste resultatene antyder derfor at noe tidligere ukjent styrke eller noen ny fysikk kan være på jobb i universet. Når det gjelder forklaringer, har Reiss og teamet hans tilbudt tre muligheter, som alle har med 95% av universet å gjøre som vi ikke kan se (dvs. mørk materie og mørk energi). I 2011 ble Reiss og to andre forskere tildelt Nobelprisen i fysikk for deres oppdagelse fra 1998 at universet var i en akselerert ekspansjonshastighet.
I samsvar med det antyder de at Dark Energy kan skyve galakser fra hverandre med økende styrke. En annen mulighet er at det er en uoppdaget subatomisk partikkel der ute som ligner på en nøytrino, men samhandler med normalt stoff ved tyngdekraft i stedet for subatomiske krefter. Disse "sterile nøytrinoene" ville bevege seg nær lysets hastighet og kan samlet kalles "mørk stråling".
Noen av disse mulighetene ville bety at innholdet i det tidlige universet var annerledes, og på den måten tvinges til å tenke nytt på våre kosmologiske modeller. For øyeblikket har Riess og kolleger ingen svar, men planlegger å fortsette å finjustere målingene. Så langt har SHoES-teamet redusert usikkerheten til Hubble Constant til 2,3%.
Dette er i tråd med et av de sentrale målene for Hubble-romteleskopet, som var å bidra til å redusere usikkerhetsverdien i Hubble's Constant, som estimater en gang varierte med en faktor på 2.
Så mens denne uoverensstemmelsen åpner for nye og utfordrende spørsmål, reduserer den også usikkerheten vår betydelig når det gjelder måling av universet. Til syvende og sist vil dette forbedre vår forståelse av hvordan universet utviklet seg etter at det ble opprettet i en brennende katastrofe for 13,8 milliarder år siden.
