Webb- og Hubble-teleskoper bekræfter universets ekspansionshastighed, men puslespillet fortsætter
Hastigheden, hvormed universet udvider sig, kendt som Hubble-konstanten, er en af de grundlæggende parametre for at forstå kosmos evolution og ultimative skæbne.
Der ses dog en vedvarende forskel, kaldet Hubble-spændingen, mellem værdien af konstanten målt med en lang række uafhængige afstandsindikatorer og dens værdi forudsagt ud fra eftergløden fra Big Bang. NASA/ESA/CSA James Webb-rumteleskopet har bekræftet, at Hubble-rumteleskopets skarpe øje hele tiden havde ret, og fjernede enhver dvælende tvivl om Hubbles målinger.
En af de videnskabelige begrundelser for at bygge NASA/ESA Hubble-rumteleskopet var at bruge dets observationskraft til at give en nøjagtig værdi for universets ekspansionshastighed. Før Hubbles opsendelse i 1990 gav observationer fra jordbaserede teleskoper enorme usikkerheder. Afhængigt af de udledte værdier for ekspansionshastigheden kan universet være mellem 10 og 20 milliarder år gammelt.
I løbet af de seneste 34 år har Hubble skrumpet denne måling til en nøjagtighed på mindre end én procent, og opdelt forskellen med en aldersværdi på 13,8 milliarder år. Dette er blevet opnået ved at forfine den såkaldte 'kosmiske afstandsstige' ved at måle vigtige milepælsmarkører kendt som Cepheid variable stjerner.
Hubble-værdien stemmer dog ikke overens med andre målinger, der antyder, at universet udvidede sig hurtigere efter Big Bang. Disse observationer blev foretaget af ESA Planck-satellittens kortlægning af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling - en plan for, hvordan universet ville udvikle sig struktur efter det er kølet ned fra Big Bang.
Den enkle løsning på dilemmaet ville være at sige, at Hubble-observationerne måske er forkerte som følge af, at en eller anden unøjagtighed kryber ind i dens målinger af dybe rum-målestokke.
Så kom James Webb-rumteleskopet, der gjorde det muligt for astronomer at krydstjekke Hubbles resultater. Webbs infrarøde visninger af Cepheider stemte overens med Hubbles optiske lysdata. Webb bekræftede, at Hubble-teleskopets skarpe øje hele tiden havde ret, og fjernede enhver vedvarende tvivl om Hubbles målinger.
Den nederste linje er, at den såkaldte Hubble-spænding mellem, hvad der sker i det nærliggende univers sammenlignet med det tidlige univers' udvidelse, forbliver et nagende puslespil for kosmologer. Der kan være vævet noget ind i rummets struktur, som vi endnu ikke forstår.
Kræver løsningen af denne uoverensstemmelse ny fysik? Eller er det et resultat af målefejl mellem de to forskellige metoder, der bruges til at bestemme rummets udvidelseshastighed?
Hubble og Webb er nu gået sammen om at producere definitive målinger, hvilket fremmer tilfældet, at noget andet – ikke målefejl – påvirker udvidelseshastigheden.
"Når målefejl er negeret, er det, der står tilbage, den reelle og spændende mulighed for, at vi har misforstået universet," sagde Adam Riess, fysiker ved Johns Hopkins University i Baltimore. Riess har en Nobelpris for at være med til at opdage det faktum, at universets udvidelse accelererer på grund af et mystisk fænomen, der nu kaldes mørk energi.
Som et krydstjek bekræftede en indledende Webb-observation i 2023, at Hubbles målinger af det ekspanderende univers var nøjagtige. Men i håb om at lindre Hubble-spændingen spekulerede nogle forskere i, at usete fejl i målingen kan vokse og blive synlige, når vi ser dybere ind i universet. Især kan stjernetrængning påvirke lysstyrkemålinger af fjernere stjerner på en systematisk måde.
SH0ES (Supernova H0 for Equation of State of Dark Energy) holdet, ledet af Riess, opnåede yderligere observationer med Webb af objekter, der er kritiske kosmiske milepælsmarkører, kendt som Cepheid variable stjerner, som nu kan korreleres med Hubble-dataene.
"Vi har nu spændt over hele rækken af, hvad Hubble observerede, og vi kan udelukke en målefejl som årsag til Hubble-spændingen med meget høj tillid," sagde Riess.
Holdets første par Webb-observationer i 2023 viste succes med at vise, at Hubble var på rette vej med at etablere troskaben af de første trin på den såkaldte kosmiske afstandsstige.
Astronomer bruger forskellige metoder til at måle relative afstande i universet, afhængigt af det objekt, der observeres. Tilsammen er disse teknikker kendt som den kosmiske afstandsstige – hvert trin eller måleteknik er afhængig af det foregående trin til kalibrering.
Men nogle astronomer foreslog, at bevæger sig udad langs 'andet trin', kan den kosmiske afstandsstige blive rystende, hvis Cepheid-målingerne bliver mindre nøjagtige med afstanden. Sådanne unøjagtigheder kunne opstå, fordi lyset fra en Cepheid kunne blande sig med lyset fra en tilstødende stjerne – en effekt, der kunne blive mere udtalt med afstanden, når stjerner trænger sig sammen på himlen og bliver sværere at skelne fra hinanden.
Den observationsmæssige udfordring er, at tidligere Hubble-billeder af disse fjernere Cepheid-variable ser mere sammenkrøbet og overlappende med nabostjerner i stadig større afstande mellem os og deres værtsgalakser, hvilket kræver omhyggelig redegørelse for denne effekt. Mellemstøv komplicerer yderligere sikkerheden af målingerne i synligt lys. Webb skærer gennem støvet og isolerer naturligt cepheiderne fra nabostjerner, fordi dens syn er skarpere end Hubbles ved infrarøde bølgelængder.
"At kombinere Webb og Hubble giver os det bedste fra begge verdener. Vi finder ud af, at Hubble-målingerne forbliver pålidelige, når vi klatrer længere langs den kosmiske afstandsstige," sagde Riess.
De nye Webb-observationer omfatter fem værtsgalakser af otte Type Ia-supernovaer indeholdende i alt 1000 cepheider og når ud til den fjerneste galakse, hvor cepheiderne er blevet målt godt - NGC 5468, i en afstand af 130 millioner lysår.
"Dette spænder over hele området, hvor vi foretog målinger med Hubble. Så vi er nået til slutningen af andet trin på den kosmiske afstandsstige," sagde medforfatter Gagandeep Anand fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, som opererer Webb- og Hubble-teleskoperne til NASA.
Sammen opretter Hubbles og Webbs bekræftelse af Hubble-spændingen andre observatorier for muligvis at afgøre mysteriet, herunder NASA's kommende Nancy Grace Roman Space Telescope og ESA's nyligt lancerede Euclid-mission.
På nuværende tidspunkt er det, som om afstandsstigen observeret af Hubble og Webb har sat et ankerpunkt fast på den ene kystlinje af en flod, og eftergløden fra Big Bang observeret af Planck fra begyndelsen af universet er sat fast på den anden side . Hvordan universets udvidelse ændrede sig i milliarder af år mellem disse to endepunkter, er endnu ikke direkte observeret.
"Vi skal finde ud af, om vi mangler noget om, hvordan vi forbinder universets begyndelse og nutiden," sagde Riess.
Undersøgelsen er offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters .
Flere oplysninger: Adam G. Riess et al., JWST Observations Reject Unrecognized Crowding of Cepheid Photometry som en forklaring på Hubble-spændingen ved 8σ Confidence, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ddd
Leveret af European Space Agency
Varme artikler
-
Astronomer opdager en usædvanlig monstergalakse i det meget tidlige universDe tre paneler viser, fra venstre mod højre, hvad XMM-2599s evolutionære bane kan være, begynder som en støvet stjernedannende galakse, derefter at blive en død galakse, og måske ender som en lysendes -
Koronale masseudstødninger og kosmiske stråleobservationer ved Syowa StationKredit:CC0 Public Domain Solaktiviteter, såsom CME (Coronal Mass Ejection), forårsage geomagnetiske storme, der forstyrrer Jordens magnetosfære. Geomagnetiske storme kan påvirke GPS-positionering, -
Det første sorte hul nogensinde opdaget er mere massivt, end vi troedeEt kunstnerindtryk af Cygnus X-1 systemet. Et sort hul med stjernemasse kredser med en ledsagerstjerne placeret 7, 200 lysår fra Jorden. Kredit:International Center for Radio Astronomy Research. N -
Forskere undersøger levedygtigheden af optisk tyk vindmodelKredit:Pixabay/CC0 Public Domain Ph.D. kandidat Cui Yingzhen og prof. Meng Xiangcun fra Yunnan Observatories ved det kinesiske videnskabsakademi undersøgte for nylig levedygtigheden af modellen m
- Forskere afslører nyt princip for bevægelse i flydende krystaller
- NASA konstaterer, at nedbøren aftager i en svækkende tropisk storm Eugene
- Aktiviteter til undervisning varm og kold temperatur
- Nye PFAS omfatter 24% af dem, der er målt i blod fra Wilmington, beboere i North Carolina
- Monster Indien cyklon dræber otte, leder til større by (opdatering)
- Betsy DeVos beklager manglende fremskridt set hos amerikanske studerende (opdatering)