Der er måske ikke nogen konflikt trods alt i den ekspanderende universdebat

Vores univers udvider sig, men vores to vigtigste måder at måle, hvor hurtigt denne udvidelse sker, har resulteret i forskellige svar. I det sidste årti, astrofysikere har gradvist delt sig i to lejre:en, der mener, at forskellen er betydelig, og en anden, der mener, at det kan skyldes fejl i måling.

Hvis det viser sig, at fejl forårsager uoverensstemmelsen, det ville bekræfte vores grundlæggende model for, hvordan universet fungerer. Den anden mulighed præsenterer en tråd, der, når man trækker, vil foreslå, at der er behov for noget grundlæggende manglende ny fysik for at sy det sammen igen. For flere år, hvert nyt bevis fra teleskoper har vippet argumentet frem og tilbage, giver anledning til det, der er blevet kaldt 'Hubble-spændingen'.

Wendy Freedman, en berømt astronom og John og Marion Sullivan University Professor i Astronomi og Astrofysik ved University of Chicago, lavet nogle af de originale målinger af universets ekspansionshastighed, der resulterede i en højere værdi af Hubble-konstanten. Men i en ny anmeldelse papir accepteret til Astrofysisk tidsskrift , Freedman giver et overblik over de seneste observationer. Hendes konklusion:de seneste observationer begynder at lukke hullet.

Det er, der er måske ikke nogen konflikt alligevel, og vores standardmodel af universet behøver ikke at blive ændret væsentligt.

Den hastighed, hvormed universet udvider sig, kaldes Hubble-konstanten, opkaldt efter UChicago alun Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917, som er krediteret for at opdage universets udvidelse i 1929. Forskere ønsker at fastlægge denne hastighed præcist, fordi Hubble-konstanten er knyttet til universets alder og hvordan den udviklede sig over tid.

En betydelig rynke opstod i det sidste årti, da resultaterne fra de to vigtigste målemetoder begyndte at divergere. Men videnskabsmænd diskuterer stadig betydningen af ​​misforholdet.

En måde at måle Hubble-konstanten på er ved at se på meget svagt lys tilbage fra Big Bang, kaldet den kosmiske mikrobølgebaggrund. Dette er blevet gjort både i rummet og på jorden med faciliteter som UChicago-ledede South Pole Telescope. Forskere kan føre disse observationer ind i deres 'standardmodel' af det tidlige univers og køre den frem i tiden for at forudsige, hvad Hubble-konstanten skulle være i dag; de får et svar på 67,4 kilometer i sekundet per megaparsek.

Den anden metode er at se på stjerner og galakser i det nærliggende univers, og mål deres afstande og hvor hurtigt de bevæger sig væk fra os. Freedman har været en førende ekspert på denne metode i mange årtier; i 2001, hendes hold foretog en af ​​skelsættende målinger ved hjælp af Hubble-rumteleskopet til at afbilde stjerner kaldet Cepheider. Værdien de fandt var 72. Freedman har fortsat med at måle cepheider i årene siden, gennemgang af flere teleskopdata hver gang; imidlertid, i 2019, hun og hendes kolleger offentliggjorde et svar baseret på en helt anden metode ved hjælp af stjerner kaldet røde kæmper. Tanken var at krydstjekke cepheiderne med en uafhængig metode.

Røde kæmper er meget store og lysende stjerner, der altid når den samme lysstyrke, før de hurtigt falmer. Hvis videnskabsmænd nøjagtigt kan måle den faktiske, eller iboende, højeste lysstyrke af de røde kæmper, de kan derefter måle afstandene til deres værtsgalakser, en væsentlig, men svær del af ligningen. Nøglespørgsmålet er, hvor nøjagtige disse målinger er.

Den første version af denne beregning i 2019 brugte en enkelt, meget nærliggende galakse for at kalibrere de røde kæmpestjerners lysstyrker. I løbet af de sidste to år, Freedman og hendes samarbejdspartnere har kørt tallene for flere forskellige galakser og stjernepopulationer. "Der er nu fire uafhængige måder at kalibrere de røde kæmpe lysstyrker på, og de er enige om inden for 1 % af hinanden, " sagde Freedman. "Det indikerer for os, at dette er en rigtig god måde at måle afstanden på."

"Jeg ville virkelig se grundigt på både cepheiderne og de røde kæmper. Jeg kender godt deres styrker og svagheder, " sagde Freedman. "Jeg er kommet til den konklusion, at vi ikke kræver fundamental ny fysik for at forklare forskellene i de lokale og fjerne ekspansionshastigheder. De nye røde gigant-data viser, at de er konsistente."

University of Chicago kandidatstuderende Taylor Hoyt, som har foretaget målinger af de røde kæmpestjerner i ankergalakserne, tilføjet, "Vi bliver ved med at måle og teste de røde kæmpe grenstjerner på forskellige måder, og de bliver ved med at overgå vores forventninger."

Værdien af ​​Hubble-konstanten, som Freedmans hold får fra de røde giganter, er 69,8 km/s/Mpc - stort set det samme som værdien afledt af det kosmiske mikrobølgebaggrundseksperiment. "Ingen ny fysik er påkrævet, " sagde Freedman.

Beregningerne med Cepheid-stjerner giver stadig højere tal, men ifølge Freedmans analyse, forskellen er måske ikke bekymrende. "Cepheid-stjernerne har altid været lidt mere støjende og lidt mere komplicerede at forstå fuldt ud; de er unge stjerner i de aktive stjernedannende områder af galakser, og det betyder, at der er mulighed for, at ting som støv eller forurening fra andre stjerner kan kaste dine målinger af sig, " forklarede hun.

Efter hendes mening, konflikten kan løses med bedre data.

Næste år, når James Webb-rumteleskopet forventes at blive opsendt, videnskabsmænd vil begynde at indsamle disse nye observationer. Freedman og samarbejdspartnere er allerede blevet tildelt tid på teleskopet til et stort program for at foretage flere målinger af både Cepheid og røde kæmpestjerner. "Webb vil give os højere følsomhed og opløsning, og dataene bliver virkelig bedre, rigtig snart, " hun sagde.

Men i mellemtiden, hun ønskede at tage et omhyggeligt kig på de eksisterende data, og hvad hun fandt var, at meget af det faktisk stemmer overens.

"Det er den måde, videnskaben skrider frem, " sagde Freedman. "Du sparker i dækkene for at se, om noget tømmes for luft, og indtil videre, ingen flade dæk."

Nogle videnskabsmænd, der har rod i et grundlæggende misforhold, kan være skuffede. Men for Freedman, begge svar er spændende.

"Der er stadig plads til ny fysik, men selvom der ikke er, det ville vise, at den standardmodel, vi har, grundlæggende er korrekt, hvilket også er en dyb konklusion at komme til, " sagde hun. "Det er det interessante ved videnskaben:Vi kender ikke svarene på forhånd. Vi lærer, mens vi går. Det er en rigtig spændende tid at være i marken."