Usikkerhederne ved måling af kosmisk ekspansion

Halvfems år efter at Edwin Hubble opdagede galaksernes systematiske bevægelser, og George Lemaitre forklarede dem som kosmisk ekspansion fra et punkt ved hjælp af Einsteins relativitetsligninger, observationel kosmologi står i dag over for en udfordring. Værdier udledt fra de to primære metoder - galaksernes egenskaber og den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling (CMBR) - er uenige med hinanden på nogenlunde ti procents niveau, alligevel er hver enkelt præcis på niveau med nogle få procent. Ukorrigerede observationsfejl er mulige, men skøn tyder på, at de er for små til at tage højde for forskellene. Som resultat, ingen konsistent og præcis værdi af udvidelsen – Hubbles konstant – er blevet fundet. Problemet er ikke så meget værdien i sig selv - universets alder vil ikke ændre sig meget på nogen måde - snarere, det er, at der tydeligvis foregår noget uforklarligt forbundet med det faktum, at CMBR-dataene stammer fra en meget anderledes epoke af kosmisk tid end galaksedataene. Måske er der brug for ny fysik.

En spændende ny og uafhængig metode til at måle den kosmiske ekspansionsparameter bruger gravitationsbølger (GW). Den observerede intensitet af GW giver et mål for afstanden, da modeller kan udlede den iboende styrke. Når GW er resultatet af en binær neutronstjernefusion, som har en detekteret optisk pendant, værtsgalaksens kosmiske recessionshastighed (målt ud fra dens lys) giver en kalibrering af ekspansionshastigheden. Denne nye metode kaldes "standardsirene". Hvis nøjagtigheden af ​​standardsirenemetoden er bedre end de andre metoders, det ville være i stand til at løse uoverensstemmelsen.

CfA-astronomen Hsin-Yu Chen har undersøgt usikkerheden forbundet med standardsirenemetoden og finder ud af, at to problemer komplicerer standardsirenemetoden og udgør store udfordringer for dens løsning af spændingen. Begge er relateret til det udsendte lys og kildens synsvinkel. Det første problem er, at lyset ikke udsendes sfærisk ifølge computersimuleringer, og så den intensitet, vi observerer, afhænger af vores betragtningsvinkel; selv farven er vinkelafhængig. Betragtningsvinklen skal på en eller anden måde estimeres og inkluderes i kalibreringen, og dette medfører en usikkerhed. Den anden er, at fusionsbegivenheden også ses fra en bestemt vinkel, der påvirker resultatet; selv efter at have observeret mange kilder, en statistisk analyse af prøven vil stadig have en usikker bias. Chen konkluderer, at disse to systematiske effekter vil introducere en skævhed i standardsireneværdien af ​​Hubbles konstant, der resulterer i, at den har en usikkerhed, der er lige så stor som usikkerheden i andre metoder.