Наскільки швидко Всесвіт розширюється? Це питання, на яке астрономи не змогли точно відповісти. Вони мають назву швидкості розширення Всесвіту: Константа Хаббла або Закон Хаббла. Але вимірювання продовжують поступати з різними значеннями, і астрономи обговорювали цю проблему десятиліттями.
Основна ідея вимірювання константи Хаббла полягає в огляді далеких джерел світла, як правило, типу наднових або змінних зірок, які називаються «стандартними свічками», і вимірювання червоного зсуву їхнього світла. Але як би це не зробили астрономи, вони не можуть придумати узгоджене значення - лише діапазон значень. Нове дослідження за участю квазарів та гравітаційних лінз може допомогти вирішити проблему.
Те, що Всесвіт розширюється, не викликає сумнівів. Ми знаємо це вже близько 100 років. Світло від далеких галактик зміщується червоно, коли вони віддаляються від нас, і вимірюючи, що червоний зсув дав різні значення для загального розширення.
"Константа Хаббла закріплює фізичну шкалу Всесвіту".
Саймон Біррер, докторський науковий співробітник UCLA та провідний автор дослідження.
Швидкість розширення вимірюється в кілометрах на секунду за мегапарсек, записаних як (км / с) / Мпк. Так, наприклад, щось розширюється зі швидкістю 10 (км / с) / Мпк означає, що дві точки в просторі на один мегапарсек один від одного (що еквівалентно 3,26 мільйона світлових років) відбігають один від одного зі швидкістю 10 кілометрів на кожну другий.
Коли він був вперше виявлений у 1920-х роках, швидкість розширення вважалася 625 к / с. Але починаючи з 50-х років, кращі дослідження вимірювали його як менше 100 к / с. В останні кілька десятиліть багаторазові дослідження вимірювали швидкість розширення і розраховували швидкості між приблизно 67 - 77 к / с / Мп.
Але наука не прийме масиву відповідей на те, що повинно мати одне значення. Якби це не було, це було б не наукою. Тож вчені намагаються різними способами виміряти постійну Хаббла, щоб побачити, чи зможуть вони це правильно виправити, тому що константа Хаббла - це не просто вимірювання розширення Всесвіту.
"Константа Хаббла закріплює фізичну шкалу Всесвіту", - сказав Саймон Біррер, науковий співробітник UCLA і докторський автор дослідження. Без точного значення константи Хаббла астрономи не можуть точно визначити розміри віддалених галактик, вік Всесвіту чи історію розширення космосу. Тож правильно це - велика справа.
Нове дослідження, щойно опубліковане в щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства, намагається провести новий метод вимірювання константи Хаббла. Дослідження веде команда астрономів з UCLA і спирається на далекі квазари, світло яких піддається гравітаційному лінзуванню до того, як воно досягне Землі.
Квазари - це надсвітлі об'єкти. Їх також називають активними галактичними ядрами, оскільки, як вважають, їх викликають надмасивні чорні діри в центрі галактик. Електромагнітне випромінювання, яке вони випромінюють, викликається крутим накопичувальним диском навколо чорної діри. Оскільки диск речовини навколо отвору прискорюється, він випромінює величезну кількість енергії.
Оскільки квазари настільки світяться, їх можна побачити з величезної відстані. Це робить їх не тільки захоплюючими об’єктами дослідження, але й корисними як маркери для вивчення Закону Хаббла.
Гравітаційне лінзування виникає, коли джерело світла від надзвичайно віддаленого об'єкта, квазарів у цьому дослідженні, стикається з галактикою, що втручається, перш ніж вона потрапить до спостерігачів на Землі. Крайньої маси галактики достатньо для згинання світла, як і скляна лінза. Результат - це своєрідний ефект "будинок дзеркал". На зображенні нижче показано, як це виглядає. Відкриття гравітаційного лінзування найбільш тісно пов'язане з Ейнштейном, хоча це спостерігалося не до 1979 року.
Це дослідження було зосереджене на подвійних квазарах. Подвійний квазар, який іноді називають квазаром-близнюком, - це не два квазари, близькі один до одного, а скоріше ефект гравітаційного лінзування. З подвійним квазаром їх світло схиляється навколо галактики, що втручається, перш ніж досягти Землі, створюючи два зображення квазара. Жодне попереднє дослідження не використовувало їх, щоб спробувати визначити швидкість розширення Всесвіту.
Оскільки світло від квазара прогинається навколо галактики, що втручається, створюючи два зображення одного квазара, він створює унікальну можливість спостереження. Світло, яке створює окремі зображення квазара, проходить різним шляхом до кожного зображення. Коли світло квазара коливається, між мерехтінням кожного з двох зображень виникає затримка.
Виміряючи затримку в часі між мерехтіннями та знаючи масу галактики, що втручається, команда виводила відстані між Землею, галактичною лінзою та квазаром. Знання червоних зрушень квазара та галактики дозволило вченим оцінити, наскільки швидко Всесвіт розширюється.
Це дослідження було зосереджене на подвійному квазарі під назвою SDSS J1206 + 4332, а також спиралося на дані з космічного телескопа Хаббла, Близнюків та W.M. Кек-обсерваторії та мережа Космологічного моніторингу гравітаційних лінз або COSMOGRAIL. Команда витрачала кілька років на щоденні знімки подвійного квазару, що дало їм дуже точні вимірювання затримки часу між мерехтінням. У поєднанні з іншими даними це дало астрономам один з найкращих вимірювань константи Хаббла досі.
"Краса цього вимірювання полягає в тому, що він сильно доповнює інших та не залежить від них", - сказав Томмассо Треу, професор фізики та астрономії та старший автор статті.
Отже, як швидко воно розширюється?
"... Всесвіт трохи складніше.
Томмассо Треу, професор фізики та астрономії.
Команда придумала значення для Константа Хаббла - 72,5 кілометрів на секунду на мегапарсек. Це ставить це у відповідність до інших вимірювань, які використовували віддалені наднові як стандартні свічки для вимірювання константи Хаббла. Але це приблизно на 7% вище, ніж вимірювання, які покладаються на космічний мікрохвильовий фон для його вимірювання.
Це ще не кінець дискусії з приводу закону Хаббла. Існує ще така різка різниця між методами вимірювання. Що це означає? "Якщо між цими величинами існує фактична різниця, це означає, що Всесвіт трохи складніше", - сказав Треу. Треу також сказав, що один з вимірювань, а то й усі три, є неправильним.
Команда буде наполегливо використовувати свій метод вимірювання квазар-лінзи. Вони дивляться на 40 чотириразових квазарів, сподіваючись дати їм ще більш точне вимірювання швидкості розширення Всесвіту.
Джерела:
- Дослідницький документ: H0LiCOW - IX. Космографічний аналіз квазару SDSS 1206 + 4332 подвійного зображення та нове вимірювання константи Хаббла
- Прес-реліз UCLA: Побачення подвійного може допомогти вирішити суперечку про те, як швидко Всесвіт розширюється
- H0LiCOW
- Запис у Вікіпедії: Закон Хаббла
