Aldrende stjerner giver en ny kosmologisk målestok

På trods af et århundredes målinger, astronomer kan ikke blive enige om den hastighed, hvormed universet udvider sig. En teknik, der er afhængig af måling af afstande til en bestemt type aldrende stjerne i andre galakser - kaldet J-regionen Asymptotic Giant Branch, eller JAGB-metoden – kan måske hjælpe.

Astrofysiker og universitetsstuderende Abigail Lee er hovedforfatter på et nyt papir, der analyserede observationer af lys fra en nærliggende galakse for at validere JAGB-metoden til måling af kosmologiske afstande. Denne nye teknik vil tillade fremtidige uafhængige afstandsmålinger, der kan hjælpe med at besvare et af de største udestående spørgsmål inden for kosmologi:hvor hurtigt udvider universet sig?

"Et af de mest spændende spørgsmål i kosmologi i dag er, om der er ny fysik, der mangler i vores nuværende forståelse af, hvordan universet udvikler sig. En aktuel uoverensstemmelse i målingen af ​​Hubble-konstanten kunne signalere en ny fysisk egenskab ved universet. eller, mere dagligdags, uerkendte måleusikkerheder, " sagde Wendy L. Freedman, John og Marion Sullivan University professor i astronomi og astrofysik og seniorforfatter på papiret. "Der er meget få metoder til at måle afstande, der kan levere den nødvendige nøjagtighed. Lee udvikler denne nye JAGB-metode, hvilket viser et tidligt løfte om at løse denne uoverensstemmelse."

En nøgle til universets historie

Tilbage i 1920, Edwin Hubble, Ph.D."17, bemærkede først forholdet mellem en galakses afstand og hvor hurtigt den bevægede sig væk fra os. denne værdi, nu kendt som Hubble-konstanten, er en nøgleparameter i kosmologiske modeller.

Hubble målte først denne konstant ved at sammenligne galaktiske afstands- og hastighedsmålinger afledt af en bestemt slags stjerne, der pulserer regelmæssigt. Målinger ved hjælp af direkte metoder som Hubbles er blevet meget forbedret gennem årtierne, men de er ikke enige med metoder, der ekstrapolerer fra den kosmiske mikrobølgebaggrund – lysrester fra det meget tidlige univers. Denne uenighed kaldes Hubble-spændingen, og er et af de mest fremtrædende emner i moderne kosmologi.

En uafhængig målemetode kunne hjælpe med at bygge bro mellem metoderne og føre til et mere afgørende syn på Hubble-konstanten målt direkte fra afstande, sagde forfatterne.

Det er her, JAGB-metoden kommer ind i billedet. Stjerner i J-regionen Asymptotic Giant Branch er en specifik type aldrende kæmper, der indeholder en betydelig mængde kulstof i deres atmosfærer, som bringes til overfladen af ​​konvektionsstrømme, giver dem en meget tydelig farve og lysstyrke, der gør det muligt at identificere dem i et sæt stjerner i en galakse.

"Vi har observeret empirisk, at disse stjerner har en kendt iboende lysstyrke fra galakse til galakse, " sagde Lee.

Dette gør dem til de bedste kandidater til at være, hvad astronomer kalder standardlys. Fordi en stjernes tilsyneladende lysstyrke som observeret afhænger af både dens afstand fra observatøren og dens iboende lysstyrke, at kende en stjernes iboende lysstyrke kan give astronomer mulighed for at udlede dens afstand.

"Fordi denne metode er relativt ny, Målet med dette projekt var at se, om det kunne konkurrere med andre afstandsindikatorer med hensyn til præcision og nøjagtighed, " sagde Lee.

Går til stjernerne for at tjekke

Holdet udvalgte en galakse i udkanten af ​​den nærmeste gruppe af galakser, kaldet Wolf-Lundmark-Melotte eller WLM, og brugte data taget fra observationer med Magellan-teleskoperne ved Las Campanas-observatoriet i Chile. Ved at bruge et enkelt objekt som mål og anvende fire forskellige uafhængige målemetoder, holdet kunne sammenligne JAGB-metodens nøjagtighed og præcision med tidligere etablerede metoder.

Efter at have analyseret dataene på fire forskellige måder, forskere fastslog, at JAGB-metoden ikke kun er en uafhængig kontrol af andre afstandsmålemetoder, men at det kræver mindre observationstid - en mangelvare blandt et samfund af astronomer, der konkurrerer om tiden på et begrænset antal kraftige teleskoper.

Fordi JAGB-stjerner er lysere end stjerner, der bruges i andre afstandsmålinger, de kan også ses længere væk, hvilket vil give mulighed for fjernere kalibreringer, end det er muligt med andre metoder. Derudover JAGB-stjerner findes i alle typer galakser, i modsætning til de pulserende stjerner brugt af Hubble, som kun findes i den mere begrænsede delmængde af spiralgalakser og ofte lider af trængsel og betydelig interferens fra støv.

"Ideelt set får vi observationstid fra James Webb-rumteleskopet og Hubble-rumteleskopet til at bruge denne metode til at måle afstande til galakser, der er vært for Type Ia-supernovaer, " sagde Lee. Type Ia supernovaer bruges til at måle fjernere galakser, men de skal kalibreres ved kortere afstandsmålinger ved hjælp af teknikker som JAGB-metoden. "Når vi gør det, vi kan ikke kun måle Hubble-konstanten, men også sammenligne disse forskellige afstandsmetoder for at se, om der er problemer med nogen af ​​dem."

Om det er nyt, uafhængig værdi for Hubble-konstanten stemmer overens med andre direkte målemetoder, ellers vil de tidlige univers-målinger kaste lys over dette spørgsmål, som længe har undret astronomer og kosmologer.

"Vi har ikke et fast greb om værdien af ​​Hubble-konstanten, så dette er virkelig vigtigt arbejde for at hjælpe med at løse et af de største problemer inden for kosmologi lige nu, " sagde Lee.