Kako hitro se vesolje širi? To je vprašanje, na katero astronomi niso znali natančno odgovoriti. Imajo ime za hitrost širjenja vesolja: Hubble Constant ali Hubble-ov zakon. Toda meritve nenehno prihajajo do različnih vrednosti in astronomi že desetletja razpravljajo o tej zadevi.
Osnovna ideja merjenja Hubble Constant je pogled na oddaljene vire svetlobe, običajno vrsto supernov ali spremenljivih zvezd, imenovanih "standardne sveče", in merjenje rdečega premika njihove svetlobe. Toda ne glede na to, kako astronomi to počnejo, ne morejo doseči dogovorjene vrednosti, temveč le razpon vrednosti. Nova študija, ki vključuje kvazarje in gravitacijsko lečo, bi lahko pomagala rešiti težavo.
Da se Vesolje širi, ni vprašljivo. To poznamo že približno 100 let. Svetloba iz oddaljenih galaksij se premika rdeče, ko se oddaljujejo od nas, in merjenje, da je rdeči premik ustvaril različne vrednosti za univerzalno širitev.
"Hubblova konstanta zasidra fizično lestvico vesolja."
Simon Birrer, podoktorski znanstvenik UCLA in glavni avtor študije.
Hitrost širitve se meri v kilometrih na sekundo na Megaparsec, zapisano kot (km / s) / Mpc. Tako na primer nekaj, kar se širi s hitrostjo 10 (km / s) / Mpc, pomeni, da dve točki v vesolju narazen 1 megaparsec (kar ustreza 3,26 milijona svetlobnih let) dirkata drug od drugega s hitrostjo 10 kilometrov na drugič.
Ko so jo prvič odkrili v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, je bila stopnja širitve 625 kps / Mpc. Toda od petdesetih let prejšnjega stoletja so ga boljše raziskave izmerile kot manj kot 100 kps / Mpc. V zadnjih desetletjih so številne študije izmerile hitrost raztezanja in dosegle hitrost med približno 67 do 77 kps / Mpc.
Toda znanost ne bo sprejela niza odgovorov za nekaj, kar bi moralo imeti eno vrednost. To ne bi bila znanost. Tako znanstveniki nenehno preizkušajo različne načine, kako meriti Hubble Constant, da bi videli, ali jim lahko uspejo, saj je Hubblova stalnica več kot le meritev širitve vesolja.
"Hubblova stalnica zasidra fizično lestvico vesolja," je dejal Simon Birrer, podoktorski znanstvenik UCLA in glavni avtor študije. Brez natančne vrednosti Hubblove konstante astronomi ne morejo natančno določiti velikosti oddaljenih galaksij, starosti vesolja ali zgodovine širjenja kozmosa. Torej je pravilno razumeti.
Nova študija, ki je pravkar objavljena v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, preizkuša nov način merjenja Hubble Constant. Raziskavo vodi skupina astronomov pri UCLA in se opira na oddaljene kvazarje, katerih svetloba je podvržena gravitacijskemu lečenju, preden doseže Zemljo.
Kvazarji so ultra svetli predmeti. Imenujejo jih tudi aktivna galaktična jedra, saj se jim zdi, da jih povzročajo supermasivne črne luknje v središču galaksij. Elektromagnetno sevanje, ki ga oddajajo, povzroča vrtinčni disk za vračanje okoli črne luknje. Ko se disk snovi okoli luknje pospeši, oddaja ogromno energije.
Ker so kvazarji tako svetlobni, jih je mogoče videti z velike razdalje. Zaradi tega niso le fascinantni predmeti preučevanja, ampak so tudi uporabni kot označevalci za preučevanje Hubblovega zakona.
Gravitacijsko lečo nastane, ko se v tej študiji svetlobni vir iz izjemno oddaljenega predmeta, kvazarjev, sreča z intervencijsko galaksijo, še preden pride do opazovalcev na Zemlji. Ekstremna masa galaksije zadostuje za upogibanje svetlobe, podobno kot to počne steklena leča. Rezultat je nekakšen učinek "hiša ogledal". Spodnja slika prikazuje, kako izgleda. Odkritje gravitacijske leče je najbolj povezano z Einsteinom, čeprav je bilo to šele leta 1979.
Ta študija se je osredotočila na dvojne kvazarje. Dvojni kvazar, ki ga včasih imenujemo tudi dvojni kvazar, ni dva kvazarja blizu, temveč učinek gravitacijske leče. Z dvojnim kvazarjem je njihova svetloba usodna okoli intervenirajoče galaksije, preden doseže Zemljo, kar ustvari dve sliki kvazarja. Nobena prejšnja študija jih ni uporabila za poskus določitve stopnje širjenja vesolja.
Ker se svetloba iz kvazarja upogiba okoli vmešane galaksije, pri čemer nastaneta dve sliki istega kvazarja, vzpostavlja edinstveno opazovalno priložnost. Svetloba, ki ustvarja ločene slike kvazarja, potuje do vsake slike drugačno pot. Ko svetloba kvazarja niha, med trepetanjem na vsaki od obeh slik pride do zamude.
Z merjenjem časovne zakasnitve med utripači in z vednostjo mase intervenirajoče galaksije je skupina sklepala razdalje med Zemljo, lečalno galaksijo in kvazarjem. Poznavanje rdečih premikov kvazarja in galaksije je znanstvenikom omogočilo oceno, kako hitro se vesolje širi.
Ta študija se je osredotočila na dvojni kvazar, imenovan SDSS J1206 + 4332, oprla pa se je tudi na podatke iz vesoljskega teleskopa Hubble, Gemini in W.M. Keck opazovalnice in iz kozmološkega nadzora gravitacijskih leč ali mreže COSMOGRAIL. Ekipa je več let dnevno fotografirala dvojni kvazar, kar jim je dalo natančne meritve časovne zamude med utripanjem. V kombinaciji z drugimi podatki je astronomom omogočil eno najboljših meritev Hubble Constant.
"Lepota tega merjenja je v tem, da se zelo dopolnjuje in je neodvisen od drugih," je dejal Tommasso Treu, profesor fizike in astronomije na UCLA in starejši avtor prispevka.
Torej, kako hitro se širi?
"... vesolje je nekoliko bolj zapleteno.
Tommasso Treu, profesor fizike in astronomije na UCLA.
Skupina je za Hubble Constant dosegla vrednost 72,5 kilometra na sekundo na megaparsec. To ga ujema z drugimi meritvami, ki so za merjenje Hubble Constant uporabljale oddaljene supernove kot standardne sveče. Je pa približno 7% višja od meritev, ki se za merjenje opirajo na kozmično mikrovalovno ozadje.
S tem še ni konec razprave o Hubblovem zakonu. Še vedno obstaja razlika med merilnimi metodami. Kaj to pomeni? "Če je dejanska razlika med temi vrednostmi, to pomeni, da je vesolje nekoliko bolj zapleteno," je dejal Treu. Treu je še dejal, da je ena od meritev ali celo vse tri napačna.
Skupina bo vztrajala pri svoji metodi merjenja s kvazarno lečo. Ogledujejo si 40 štirikratnih kvazarjev, da bi jim upali še natančneje izmeriti hitrost širjenja vesolja.
Viri:
- Raziskovalni članek: H0LiCOW - IX. Kozmografska analiza dvakrat posnetega kvazarja SDSS 1206 + 4332 in nova meritev Hubble-ove konstante
- UCLA Sporočilo za javnost: Ogled dvojne lahko pomaga rešiti spor o tem, kako hitro se vesolje širi
- H0LiCOW
- Vpis v Wikipediji: Hubblov zakon
