Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Astronomer bruger opdelte billeder af kvasarer til at producere et nyt skøn over Hubble-konstanten

Billede fra Hubble-rumteleskopet af en dobbeltbilledet kvasar. Kredit:NASA Hubble Space Telescope, Tommaso Treu/UCLA, og Birrer et al

Spørgsmålet om, hvor hurtigt universet udvider sig, har generet astronomer i næsten et århundrede. Forskellige undersøgelser bliver ved med at komme med forskellige svar - hvilket får nogle forskere til at spekulere på, om de har overset en nøglemekanisme i det maskineri, der driver kosmos.

Nu, ved at være banebrydende for en ny måde at måle, hvor hurtigt kosmos udvider sig, et hold ledet af UCLA-astronomer har taget et skridt i retning af at løse debatten. Gruppens forskning offentliggøres i dag i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Kernen i striden er Hubble-konstanten, et tal, der relaterer afstande til galaksernes rødforskydninger - den mængde lys strækkes, når det rejser til Jorden gennem det ekspanderende univers. Estimater for Hubble-konstanten varierer fra omkring 67 til 73 kilometer i sekundet pr. megaparsek. hvilket betyder, at to punkter i rummet med 1 megaparsec fra hinanden (svarende til 3,26 millioner lysår) ræser væk fra hinanden med en hastighed mellem 67 og 73 kilometer i sekundet.

"Hubble-konstanten forankrer universets fysiske skala, sagde Simon Birrer, en UCLA-postdoktor og hovedforfatter af undersøgelsen. Uden en præcis værdi for Hubble-konstanten, astronomer kan ikke nøjagtigt bestemme størrelsen af ​​fjerntliggende galakser, universets alder eller kosmos ekspansionshistorie.

De fleste metoder til at udlede Hubble-konstanten har to ingredienser:en afstand til en eller anden lyskilde og den lyskildes rødforskydning. Leder efter en lyskilde, der ikke var blevet brugt i andre forskeres beregninger, Birrer og kolleger vendte sig til kvasarer, springvand af stråling, der er drevet af gigantiske sorte huller. Og for deres forskning, videnskabsmændene valgte en specifik undergruppe af kvasarer - dem, hvis lys er blevet bøjet af tyngdekraften af ​​en mellemliggende galakse, som producerer to side-by-side billeder af kvasaren på himlen.

Lys fra de to billeder tager forskellige ruter til Jorden. Når kvasarens lysstyrke svinger, de to billeder flimrer efter hinanden, frem for på samme tid. Forsinkelsen i tid mellem disse to flimmer, sammen med information om den blandende galakses gravitationsfelt, kan bruges til at spore lysets rejse og udlede afstandene fra Jorden til både kvasaren og forgrundsgalaksen. At kende rødforskydningerne af kvasaren og galaksen gjorde det muligt for forskerne at vurdere, hvor hurtigt universet udvider sig.

UCLA-holdet, som en del af det internationale H0liCOW-samarbejde, havde tidligere anvendt teknikken til at studere kvasarer med firdobbelt billeddannelse, hvor fire billeder af en kvasar vises omkring en forgrundsgalakse. Men firedobbelte billeder er ikke nær så almindelige - dobbeltbillede kvasarer menes at være omkring fem gange så mange som de firedobbelte.

For at demonstrere teknikken, det UCLA-ledede hold studerede en dobbeltbilledet kvasar kendt som SDSS J1206+4332; de stolede på data fra Hubble-rumteleskopet, Tvillingerne og W.M. Keck observatorier, og fra den kosmologiske overvågning af gravitationslinser, eller COSMOGRAIL, netværk - et program administreret af Schweiz' Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, der har til formål at bestemme Hubble-konstanten.

Tommaso Treu, en UCLA-professor i fysik og astronomi og avisens seniorforfatter, sagde, at forskerne tog billeder af kvasaren hver dag i flere år for præcist at måle tidsforsinkelsen mellem billederne. Derefter, for at få det bedst mulige skøn over Hubble-konstanten, de kombinerede de indsamlede data om den kvasar med data, der tidligere var blevet indsamlet af deres H0liCOW-samarbejde om tre firdobbelt afbildede kvasarer.

"Det smukke ved denne måling er, at den er yderst komplementær til og uafhængig af andre, " sagde Treu.

Det UCLA-ledede hold kom med et estimat for Hubble-konstanten på omkring 72,5 kilometer i sekundet pr. megaparsek. et tal på linje med, hvad andre videnskabsmænd havde fastslået i forskning, der brugte afstande til supernovaer - eksploderende stjerner i fjerntliggende galakser - som nøglemålingen. Imidlertid, begge estimater er omkring 8 procent højere end en, der er afhængig af et svagt skær fra hele himlen kaldet den kosmiske mikrobølgebaggrund, et levn fra 380, 000 år efter Big Bang, da lyset rejste frit gennem rummet for første gang.

"Hvis der er en reel forskel mellem disse værdier, det betyder, at universet er lidt mere kompliceret, " sagde Treu.

På den anden side, Treu sagde, det kan også være, at en måling - eller alle tre - er forkerte.

Forskerne leder nu efter flere kvasarer for at forbedre præcisionen af ​​deres Hubble-konstantmåling. Treu sagde, at en af ​​de vigtigste lektioner fra det nye papir er, at dobbeltbilledede kvasarer giver videnskabsmænd mange flere nyttige lyskilder til deres Hubble-konstantberegninger. For nu, selvom, det UCLA-ledede hold fokuserer sin forskning på 40 kvasarer med firdobbelt billeddannelse, på grund af deres potentiale til at give endnu mere nyttig information end dobbeltbilleder.


Varme artikler