Ny måling af universets ekspansionshastighed sidder fast i midten

Et team af samarbejdspartnere fra Carnegie og University of Chicago brugte røde kæmpestjerner, der blev observeret af Hubble Space Telescope til at foretage en helt ny måling af, hvor hurtigt universet udvider sig, smider hatten i ringen af ​​en heftigt omstridt debat. Deres resultat - som falder lige mellem de to foregående, konkurrerende værdier—vil blive offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

For næsten et århundrede siden, Carnegie-astronomen Edwin Hubble opdagede, at universet har vokset kontinuerligt, siden det eksploderede under Big Bang. Men præcis hvor hurtigt det bevæger sig - en værdi, der kaldes Hubble-konstanten til hans ære - er forblevet stædigt undvigende.

Hubble-konstanten hjalp videnskabsmænd med at skitsere universets historie og struktur, og en nøjagtig måling af den kunne afsløre eventuelle fejl i denne fremherskende model.

"Hubble-konstanten er den kosmologiske parameter, der sætter den absolutte skala, størrelse, og universets alder; det er en af ​​de mest direkte måder, vi har til at kvantificere, hvordan universet udvikler sig, " sagde hovedforfatter Wendy Freedman fra University of Chicago, som begyndte dette arbejde hos Carnegie.

Indtil nu, der har været to primære værktøjer brugt til at måle universets ekspansionshastighed. Desværre, deres resultater stemmer ikke overens, og spændingen mellem de to tal har varet ved, selvom hver side foretager stadig mere præcise aflæsninger. Imidlertid, er det muligt, at forskellen mellem de to værdier skyldes systemiske unøjagtigheder i en eller begge metoder, ansporer forskerholdet til at udvikle deres nye teknik.

En metode, pioner i Carnegie, bruger stjerner kaldet cepheider, som pulserer med jævne mellemrum. Fordi den hastighed, hvormed de pulserer, vides at være relateret til deres iboende lysstyrke, astronomer kan bruge deres lysstyrker og perioden mellem impulser til at måle deres afstande fra Jorden.

"Længefra kan to klokker godt se ud til at være ens, at lytte til deres toner kan afsløre, at man faktisk er meget større og mere fjern, og den anden er mindre og tættere, " forklarede Carnegies Barry Madore, en af ​​avisens medforfattere. "Ligeledes, at sammenligne, hvor lyse fjerntliggende Cepheider ser ud til at være, med lysstyrken af ​​nærliggende Cepheider, gør det muligt for os at bestemme, hvor langt væk hver af stjernernes værtsgalakser er fra Jorden."

Når et himmelobjekts afstand er kendt, en måling af den hastighed, hvormed den bevæger sig væk fra os, afslører universets ekspansionshastighed. Forholdet mellem disse to figurer - hastigheden divideret med afstanden - er Hubble-konstanten.

Den anden metode bruger eftergløden tilovers fra Big Bang. Kaldes kosmisk baggrundsstråling, det er det ældste lys, vi kan se. Mønstre af kompression i det tykke, suppeplasma, som babyuniverset bestod af, kan stadig ses og kortlægges som små temperaturvariationer. Disse krusninger, dokumentere universets første øjeblikke, kan køres frem i tiden gennem en model og bruges til at forudsige den nuværende Hubble-konstant.

Den førstnævnte teknik siger, at universets ekspansionshastighed er 74,0 kilometer pr. sekund pr. megaparsek. sidstnævnte siger, at det er 67,4. Hvis det er ægte, uoverensstemmelsen kunne varsle ny fysik.

Indtast den tredje mulighed.

Carnegie-Chicago Hubble-programmet, ledet af Freedman og inklusive Carnegie-astronomer Madore, Christopher Burns, Mark Phillips, Jeff Rich, og Mark Seibert – såvel som Carnegie-Princeton-stipendiat Rachael Beaton – udviklede en ny måde at beregne Hubble-konstanten på.

Deres teknik er baseret på en meget lysende klasse af stjerner kaldet røde kæmper. På et bestemt tidspunkt i deres livscyklus, helium i disse stjerner antændes, og deres strukturer omarrangeres af denne nye energikilde i deres kerner.

"Ligesom skrig fra en lom er øjeblikkeligt genkendeligt blandt fuglekald, den højeste lysstyrke af en rød kæmpe i denne tilstand er let differentieret, Madore forklarede. "Dette gør dem til fremragende standardlys."

Holdet brugte Hubble-rumteleskopets følsomme kameraer til at søge efter røde kæmper i nærliggende galakser.

"Tænk på det som at scanne en menneskemængde for at identificere den højeste person - det er ligesom den klareste røde kæmpe, der oplever en heliumglimt, " sagde Burns. "Hvis du levede i en verden, hvor du vidste, at den højeste person i ethvert rum ville have nøjagtig samme højde - da vi antager, at den klareste røde kæmpes maksimale lysstyrke er den samme - kunne du bruge den information til at fortælle dig hvor langt væk den højeste person er fra dig i en given skare."

Når afstandene til disse nyfundne røde kæmper er kendt, Hubble-konstanten kan beregnes ved hjælp af et andet standardlys – type Ia-supernovaer – for at mindske usikkerheden forårsaget af de røde kæmpers relative nærhed til os og udvide vores rækkevidde ud i den fjernere Hubble-strøm.

Ifølge den røde kæmpe-metode er universets ekspansionshastighed 69,8 - hvilket provokerende falder mellem de to tidligere bestemte tal.

"Vi er som den gamle sang, "Står fast i midten med dig, '" jokede Madore. "Er der en krise i kosmologien? Vi havde håbet på at blive en tiebreaker, men indtil videre er svaret:ikke så hurtigt. Spørgsmålet om, hvorvidt universets standardmodel er komplet eller ej, mangler at blive besvaret."