En inkonsekvent Hubble -konstant? Forskning tyder på fix til kosmologisk hjørnesten

For mere end 90 år siden, astronomen Edwin Hubble observerede den første antydning af den hastighed, hvormed universet ekspanderer, kaldes Hubble -konstanten.

Næsten med det samme, astronomer begyndte at skændes om den faktiske værdi af denne konstant, og over tid, indså, at der var en uoverensstemmelse i dette tal mellem tidlige universobservationer og sene universobservationer.

Tidligt i universets eksistens, lys bevægede sig gennem plasma - der var endnu ingen stjerner - og fra svingninger, der ligner lydbølger skabt af dette, forskere udlede, at Hubble-konstanten var omkring 67. Det betyder, at universet ekspanderer cirka 67 kilometer i sekundet hurtigere hvert 3,26 millioner lysår.

Men denne observation er forskellig, når forskere ser på universets senere liv, efter stjerner blev født og galakser dannet. Tyngdekraften af ​​disse objekter forårsager det, der kaldes gravitationslinser, som forvrænger lys mellem en fjern kilde og dens observatør.

Andre fænomener i dette sene univers inkluderer ekstreme eksplosioner og begivenheder relateret til slutningen af ​​en stjernes liv. Baseret på disse senere livsobservationer, forskere beregnet en anden værdi, omkring 74. Denne uoverensstemmelse kaldes Hubble -spændingen.

Nu, et internationalt team inklusive en fysiker fra University of Michigan har analyseret en database med mere end 1, 000 eksplosioner af supernovaer, understøtter ideen om, at Hubble -konstanten faktisk ikke er konstant.

I stedet, det kan ændre sig baseret på universets ekspansion, vokser i takt med at universet udvider sig. Denne forklaring kræver sandsynligvis ny fysik for at forklare den stigende ekspansionshastighed, såsom en modificeret version af Einsteins tyngdekraft.

Holdets resultater offentliggøres i Astrofysisk Journal .

"Pointen er, at der synes at være en spænding mellem de større værdier for sene universobservationer og lavere værdier for tidlig universobservation, "sagde Enrico Rinaldi, en stipendiat i UM Institut for Fysik. "Spørgsmålet, vi stillede i dette papir, er:Hvad hvis Hubble -konstanten ikke er konstant? Hvad hvis den rent faktisk ændres?"

Forskerne brugte et datasæt af supernovaer - spektakulære eksplosioner, der markerer den sidste fase af en stjernes liv. Når de lyser, de udsender en bestemt type lys. Specifikt, forskerne kiggede på Type Ia -supernovaer.

Disse typer af supernova -stjerner blev brugt til at opdage, at universet ekspanderede og accelererede, Rinaldi sagde, og de er kendt som "standardlys, "som en række fyrtårne ​​med den samme lyspære. Hvis forskere kender deres lysstyrke, de kan beregne deres afstand ved at observere deres intensitet på himlen.

Næste, astronomerne bruger det, der kaldes "rødforskydning" til at beregne, hvordan universets ekspansionshastighed kan være steget over tid. Rødforskydning er navnet på det fænomen, der opstår, når lyset strækker sig, når universet udvider sig.

Essensen i Hubbles originale observation er, at jo længere væk fra observatøren, jo mere bølgelængde bliver længere - som om du stak en Slinky til en væg og gik væk fra den, holder den ene ende i dine hænder. Rødskift og afstand hænger sammen.

I Rinaldis teams undersøgelse, hver bin med stjerner har en fast referenceværdi for rødforskydning. Ved at sammenligne rødforskydningen af ​​hver bin med stjerner, forskerne kan udtrække Hubble -konstanten for hver af de forskellige skraldespande.

I deres analyse, forskerne adskilte disse stjerner baseret på intervaller med rødforskydning. De placerede stjernerne med et afstandsinterval i en "bin, "derefter et lige antal stjerner i det næste afstandsinterval i en anden bin, og så videre. Jo tættere skraldespanden er på jorden, jo yngre stjernerne er.

"Hvis det er en konstant, så burde det ikke være anderledes, når vi udtrækker det fra skraldespande på forskellige afstande. Men vores hovedresultat er, at det faktisk ændrer sig med afstand, "Sagde Rinaldi." Spændingen af ​​Hubble -konstanten kan forklares med en iboende afhængighed af denne konstant af afstanden til de objekter, du bruger. "

Derudover forskerne fandt ud af, at deres analyse af Hubbles konstante ændring med rødforskydning giver dem mulighed for problemfrit at "forbinde" værdien af ​​konstant fra de tidlige universprober og værdien fra de sene universprober, Sagde Rinaldi.

"De ekstraherede parametre er stadig kompatible med den standard kosmologiske forståelse, vi har, "sagde han." Men denne gang skifter de bare lidt, når vi ændrer afstanden, og dette lille skift er nok til at forklare, hvorfor vi har denne spænding. "

Forskerne siger, at der er flere mulige forklaringer på denne tilsyneladende ændring i Hubble -konstanten - den ene er muligheden for observationsfejl i dataprøven. For at hjælpe med at korrigere for potentielle skævheder, astronomer bruger Hyper Suprime-Cam på Subaru-teleskopet til at observere svagere supernovaer over et stort område. Data fra dette instrument vil øge stikprøven af ​​observerede supernovaer fra fjerntliggende regioner og reducere usikkerheden i dataene.