Kui kiiresti universum laieneb? See on küsimus, millele astronoomid pole suutnud täpselt vastata. Neil on nimi Universumi laienemiskiiruse kohta: Hubble'i konstant või Hubble'i seadus. Kuid mõõtmised tulevad pidevalt erinevate väärtustega ja astronoomid on sel teemal aastakümneid edasi-tagasi arutanud.
Hubble'i konstandi mõõtmise põhiidee on vaadata kaugeid valgusallikaid, tavaliselt teatud tüüpi supernoove või muutuvaid tähti, millele viidatakse kui „tavalistele küünlatele“, ja mõõta nende valguse punast nihet. Kuid ükskõik kui astronoomid seda ka ei tee, ei suuda nad välja tulla kokkulepitud väärtusega, vaid ainult mitmesuguste väärtustega. Uus kvaasarite ja gravitatsioonilise läätsega seotud uuring võib aidata probleemi lahendada.
Selles, et Universum laieneb, pole küsimust. Me oleme seda teadnud umbes 100 aastat. Valgus kaugetest galaktikatest nihkub punaselt, kui nad meist kaugenevad, ja selle punase nihke mõõtmine on andnud universaalse laienemise jaoks erinevad väärtused.
"Hubble'i konstant ankurdab universumi füüsilise ulatuse."
Simon Birrer, UCLA järeldoktor ja uuringu juhtiv autor.
Paisumiskiirust mõõdetakse kilomeetrites sekundis megaparseci kohta, kirjutades kui (km / s) / Mpc. Näiteks tähendab see, et laieneb kiirus 10 (km / s) / Mpc, et kosmose kaks punkti, mis asuvad üksteisest megapaari kaugusel (ekvivalent 3,26 miljonit valgusaastat), võistlevad üksteisest kiirusega 10 kilomeetrit per teine.
Kui see 1920. aastatel esmakordselt avastati, arvati, et paisumiskiirus on 625 kps / Mpc. Kuid alates 1950. aastatest mõõtsid paremad uuringud selle väärtuseks alla 100 kps / Mpc. Viimase paarikümne aasta jooksul on laienemise määra mõõtnud mitu uuringut, mille kiirus on vahemikus 67–77 kps / Mpc.
Kuid teadus ei aktsepteeri hulgaliselt vastuseid millelegi, millel peaks olema üks väärtus. See poleks teadus, kui see toimiks. Nii et teadlased proovivad Hubble konstandi mõõtmiseks erinevaid viise, et näha, kas sellest õigesti aru saab, sest Hubble'i konstant on midagi enamat kui lihtsalt universumi laienemise mõõtmine.
"Hubble'i konstant kinnistab universumi füüsilise ulatuse," ütles UCLA järeldoktori ja uuringu juhtiv autor Simon Birrer. Ilma Hubble'i konstandi täpse väärtuseta ei saa astronoomid täpselt kindlaks teha kaugete galaktikate suurust, universumi vanust ega kosmose laienemislugu. Nii et selle õigeks saamine on suur asi.
Äsja kuningliku astronoomiaühingu Monthly Notices avaldatud uus uuring proovib uudset meetodit Hubble'i konstandi mõõtmiseks. Uuringut juhib UCLA astronoomide meeskond ja see tugineb kaugetele kvaasaritele, mille valgus läbib enne Maa jõudmist gravitatsiooniläätse.
Kvasarid on ülikerged objektid. Neid nimetatakse ka aktiivseteks galaktilisteks tuumadeks, kuna arvatakse, et neid põhjustavad galaktikate keskel asuvad ülimassiivsed mustad augud. Nende tekitatav elektromagnetiline kiirgus on põhjustatud musta augu ümber keerduvast akretsiooniketasest. Kui augu ümber olev ketas kiireneb, eraldab see tohutult energiat.
Kuna kvaasarid on nii helendavad, on neid näha kaugelt. See teeb neist mitte ainult põnevad õpiobjektid, vaid ka kasulikud markerina Hubble'i seaduse uurimisel.
Gravitatsiooniline lääts ilmneb siis, kui äärmiselt kaugel asuvalt objektilt pärinev valgusallikas, kvasarid selles uuringus, puutub kokku segava galaktikaga, enne kui see jõuab Maa vaatlejateni. Galaktika äärmuslik mass on valguse painutamiseks piisav, sarnaselt klaasist läätsega. Tulemuseks on omamoodi 'peeglite maja' efekt. Allolev pilt näitab, kuidas see välja näeb. Gravitatsioonilise läätse avastamine on Einsteiniga kõige tihedamalt seotud, ehkki seda jälgiti alles 1979. aastal.
See uuring keskendus kahekordsetele kvaasaritele. Kahekordne kvaasar, mida mõnikord nimetatakse kaksikkvaariks, ei ole kaks üksteise lähedal asuvat kvaasrit, vaid pigem gravitatsioonilise läätse mõju. Kahekordse kvaasari abil lendab nende valgus enne Maale jõudmist sekkuva galaktika ümber, tekitades kvaasist kaks pilti. Üheski varasemas uuringus pole neid Universumi laienemiskiiruse määramiseks kasutatud.
Kuna kvaasari valgus paindub sekkuva galaktika ümber, tekitades samast kvaasarist kaks pilti, loob see ainulaadse vaatlusvõimaluse. Valgus, mis loob kvaasari eraldi pildid, kulgeb iga pildi jaoks erinevat teed. Kuna kvaasari valgus kõigub, jääb mõlemas kaadris vilkumise vahele viivitus.
Mõõtes virvenduste vahelist viivitust ja teades sekkuva galaktika massi, tuletas meeskond Maa, läätsega galaktika ja kvaasari vahelised kaugused. Kvaari ja galaktika punanihke teadmine võimaldas teadlastel hinnata, kui kiiresti universum laieneb.
See uuring keskendus topeltkvasarile nimega SDSS J1206 + 4332 ja tugines ka Hubble'i kosmoseteleskoobi, Kaksikute ja W.Mi andmetele. Kecki vaatluskeskused ja gravitatsiooniläätsede kosmoloogilise seire süsteem ehk COSMOGRAIL. Meeskond veetis mitu aastat kahekordse kvaasari igapäevaseid pilte tehes, mis andis neile väga täpseid mõõtmeid virvenduste vahelise viivituse osas. Teiste andmetega kombineerides andis see astronoomidele Hubble'i konstandi ühe parima mõõtmise.
"Selle mõõtmise ilu seisneb selles, et see täiendab teisi ja on neist sõltumatu," ütles Tommasso Treu, UCLA füüsika ja astronoomia professor ja paberi vanem autor.
Niisiis, kui kiiresti see laieneb?
“… Universum on natuke keerulisem.
Tommasso Treu, UCLA füüsika ja astronoomia professor.
Meeskonna jaoks oli Hubble'i konstandi väärtus 72,5 kilomeetrit sekundis megaparseci kohta. See viib selle kooskõlla teiste mõõtmistega, kus Hubble'i konstandi mõõtmiseks kasutati standardküünaldena kaugeid supernoovasid. Kuid see on umbes 7% kõrgem kui mõõtmised, mis põhinevad selle mõõtmisel kosmilise mikrolaine taustal.
See ei ole Hubble'i seaduse üle peetava arutelu lõpp. Mõõtmismeetodite vahel on ikka veel see nigel erinevus. Mida see tähendab? "Kui nende väärtuste vahel on tegelik erinevus, tähendab see, et universum on pisut keerulisem," ütles Treu. Samuti ütles Treu, et üks mõõtmistest või isegi kõik kolm on valed.
Meeskond jätkab oma kvaasiläätse mõõtmise meetodi kasutamist. Nad vaatavad 40 neljakohalist kvaasari, et loodetavasti anda neile veelgi täpsem ülevaade Universumi laienemiskiirusest.
Allikad:
- Uurimistöö: H0LiCOW - IX. Kahekordselt kujustatud kvaasari SDSS 1206 + 4332 kosmograafiline analüüs ja Hubble'i konstandi uus mõõtmine
- UCLA pressiteade: topeltnägemine võib aidata lahendada vaidluse selle üle, kui kiiresti universum laieneb
- H0LiCOW
- Vikipeedia kanne: Hubble'i seadus
