Måling af universets udvidelse:Vigtigheden af ​​at måle hastighed

Lige siden astronomen Edwin Hubble demonstrerede, at jo længere væk to galakser er, jo hurtigere de bevæger sig væk fra hinanden, forskere har målt universets ekspansionshastighed (Hubble-konstanten) og historien om denne ekspansion. For nylig, et nyt puslespil er dukket op, da der synes at være en uoverensstemmelse mellem målinger af denne ekspansion ved hjælp af stråling i det tidlige univers og brug af nærliggende objekter. Forskere fra Cosmic Dawn Center, på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet, har nu bidraget til denne debat ved at fokusere på hastighedsmålinger. Resultatet er offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

Forskerne ved Cosmic Dawn Center fandt ud af, at de målinger af hastighed, der bruges til at bestemme universets ekspansionshastighed, muligvis ikke er pålidelige. Som anført i publikationen, dette løser ikke uoverensstemmelserne, men antyder snarere en yderligere inkonsekvens i universets sammensætning.

Måling af universets ekspansionshastighed

I øjeblikket, astronomer måler udvidelsen af ​​universet ved hjælp af to meget forskellige teknikker. Den ene er baseret på måling af forholdet mellem afstand og hastighed af nærliggende galakser, mens den anden stammer fra at studere baggrundsstrålingen fra det meget tidlige univers. Overraskende nok, disse to tilgange finder i øjeblikket forskellige ekspansionshastigheder. Hvis denne uoverensstemmelse er reel, en ny og ret dramatisk nyfortolkning af universets udvikling bliver konsekvensen. Imidlertid, det er også muligt, at forskellen i Hubble-konstanten kan skyldes forkerte målinger. Det er svært at måle afstande i universet, så mange undersøgelser har fokuseret på at forbedre og genkalibrere afstandsmålinger. Men på trods af dette, i løbet af de sidste 4 år er uenigheden ikke blevet løst.

Hastigheden af ​​fjerntliggende galakser er let at måle - eller det troede vi

I den nylige videnskabelige artikel, forskerne fra Cosmic Dawn Center forsøger nu at kaste lys over et relateret problem:måling af hastighed. Afhængigt af den hastighed, hvormed et fjerntliggende objekt bevæger sig væk fra os, dens lys skifter til rødere farver. Med denne såkaldte rødforskydning er det muligt at måle hastigheden fra et spektrum af en fjerntliggende galakse. I modsætning til målinger af afstand, indtil nu blev det antaget, at hastigheder var relativt nemme at måle.

Imidlertid, da forskerne for nylig undersøgte afstands- og hastighedsmålinger fra mere end 1000 supernovaer (eksploderende stjerner) indsamlet i løbet af de sidste 25 år, de fandt en overraskende uoverensstemmelse i deres resultater. Albert Sneppen, Kandidatstuderende ved Niels Bohr Institutet forklarer:"Vi har altid troet, at måling af hastigheder var ret ligetil og præcis, men det viser sig, at vi faktisk har at gøre med to typer rødforskydninger."

Den første type, måling af hastigheden, hvormed værtsgalaksen bevæger sig væk fra os, betragtes som den mest pålidelige. Den anden type rødforskydning måler i stedet hastigheden af ​​stof, der udstødes fra den eksploderende stjerne inde i galaksen. Eller, mere præcist, stoffet fra supernovaen bevæger sig mod os med nogle få procent af lysets hastighed (illustration 1). Efter at have kompenseret for denne ekstra bevægelse kan værtsgalaksens rødforskydning – og hastighed – bestemmes. Men denne kompensation kræver en præcis model for eksplosionen. Forskerne var i stand til at fastslå, at resultaterne fra disse to forskellige teknikker resulterer i to forskellige ekspansionshistorier for universet, og derfor også to forskellige sammensætninger.

Er tingene 'brudt på en interessant måde?'

Så, betyder det, at målingerne af det tidlige univers og nyere målinger i sidste ende er et spørgsmål om upræcise målinger af hastighed? Sikkert ikke, siger Bidisha Sen, en af ​​artiklens forfattere. "Selv hvis vi kun bruger de mere pålidelige rødforskydninger, supernovamålingerne fortsætter ikke kun med at være uenige med Hubble-konstanten målt fra det tidlige univers – de antyder også en mere generel uoverensstemmelse med hensyn til universets sammensætning, " hun siger.

Lektor ved Niels Bohr Institutet Charles Steinhardt, er fascineret af disse nye resultater. "Hvis vi rent faktisk har at gøre med to uenigheder, det betyder, at vores nuværende model ville blive "brudt på en interessant måde, " siger han. "For at løse to problemer, en vedrørende universets sammensætning og en vedrørende universets ekspansionshastighed, der kræves ret andre fysiske forklaringer, end hvis vi kun ønsker at forklare en enkelt uoverensstemmelse i ekspansionshastigheden."

Det videnskabelige arbejde fortsætter ved Nordisk Optisk Teleskop

Med det nordiske optiske teleskop på Gran Canaria erhverver forskerne nu nye rødforskydninger fra værtsgalakserne. Når de sammenligner disse resultater med de supernovabaserede rødforskydninger, de vil være i stand til at se, om de to teknikker forbliver forskellige. "Vi har erfaret, at disse følsomme målinger kræver præcise målinger af hastighed, og disse vil kunne opnås med nye observationer, " forklarer Steinhardt.