Назва «темна енергія» - це просто заповнювач сили - що б вона не була - це змушує Всесвіт розширюватися. Нові спостереження кількох змінних зірок Цефеїда космічним телескопом Хаббла вдосконалили вимірювання наявної швидкості розширення Всесвіту до точності, коли похибка менше п'яти відсотків. Нове значення швидкості розширення, відоме як константа Хаббла, або H0 (за Едвіном Хабблом, який вперше виміряв розширення Всесвіту майже століття тому), становить 74,2 кілометри на секунду на мегапарсек (похибка - ± 3,6). Результати тісно узгоджуються з попередніми вимірюваннями, отриманими від Хаббла, 72 ± 8 км / сек / мегапарсек, але тепер більш ніж удвічі точніші.
Вимірювання Хаббла, проведене командою SHOES (Supernova H0 для рівняння стану) під керівництвом Адама Рісса, з Науково-дослідного інституту космічного телескопа та університету Джона Хопкінса, використовує ряд удосконалень для впорядкування та посилення побудови космічного "Трап на відстані", довжиною мільярд світлових років, який астрономи використовують для визначення швидкості розширення Всесвіту.
Спостереження Хаббла за пульсуючими змінними Цефеїда в сусідньому маркері космічної милі, галактиці NGC 4258 та в галактиках господарів останніх наднових прямо пов'язують ці показники відстані. Використання Хаббла для переміщення цих перекладин на сходах усунуло систематичні помилки, які майже неминуче вводяться порівнянням вимірювань різних телескопів.
Рісс пояснює нову техніку: "Це як вимірювання будівлі довгою рулеткою замість того, щоб переміщати дверну палицю в кінці. Ви уникаєте складних помилок, які ви робите щоразу, коли рухаєте мірку. Чим вище будівля, тим більша помилка ».
Лукас Макрі, професор фізики та астрономії в Техасі A&M, і значний внесок у результати, сказав: "Цефеїди є основою сходів на відстані, оскільки періоди їх пульсації, які легко спостерігаються, безпосередньо корелюються з їх світністю. Ще одне вдосконалення нашої сходів - це той факт, що ми спостерігали цефеїди в ближній інфрачервоній частині електромагнітного спектру, де ці змінні зірки є кращими показниками відстані, ніж на оптичній довжині хвилі. "
Це нове, більш точне значення константи Хаббла було використано для перевірки та обмеження властивостей темної енергії, форми енергії, яка виробляє відштовхуючу силу в просторі, що змушує швидкість розширення Всесвіту прискорюватися.
Вклавши в основу історію розширення Всесвіту між сьогоднішнім і тим, коли Всесвіту було лише приблизно 380 000 років, астрономи змогли встановити обмеження щодо природи темної енергії, яка спричиняє розширення. (Вимірювання для далекого, раннього Всесвіту походить від коливань космічного мікрохвильового фону, як це було вирішено NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP, 2003 р.)
Їх результат узгоджується з найпростішою інтерпретацією темної енергії: вона математично рівнозначна гіпотезованій космологічній константі Альберта Ейнштейна, введеній століття тому, щоб натиснути на тканину космосу і не допустити руйнування Всесвіту під потягом сили тяжіння. (Однак Ейнштейн усунув константу, коли Едвін Хаббл виявив розширення Всесвіту.)
"Якщо ви помістите в коробку всі способи, за якими темна енергія могла б відрізнятися від космологічної постійної, то ця коробка тепер буде втричі меншою", - каже Рієс. "Це прогрес, але нам ще належить пройти довгий шлях, щоб виправити природу темної енергії".
Хоча космологічна константа була задумана давно, спостережливі докази темної енергії з'явилися лише 11 років тому, коли було проведено два дослідження, одне під керівництвом Рісса та Брайана Шмідта з обсерваторії Маунт Стромло, а друге - Сол Перлмуттер із Лоуренса Берклі Національна лабораторія відкрила темну енергію незалежно, частково зі спостереженнями Хаббла. З того часу астрономи ведуть спостереження, щоб краще охарактеризувати темну енергію.
Підхід Рісса до звуження альтернативних пояснень темної енергії - будь то статична космологічна константа чи динамічне поле (як відштовхуюча сила, що призвела до інфляції після великого удару) - це для подальшого уточнення вимірювань історії розширення Всесвіту.
До того, як Хаббл був запущений в 1990 році, оцінки константи Хаббла змінювалися в два рази. В кінці 90-х ключовий проект космічного телескопа Хаббла на масштабі позагалактичної відстані уточнив значення константи Хаббла до помилки лише близько десяти відсотків. Це було досягнуто шляхом спостереження змінних Цефеїда на оптичних довжинах хвиль на більші відстані, ніж отримано раніше, та порівняння їх із аналогічними вимірюваннями наземних телескопів.
Команда SHOES використовувала ближню інфрачервону камеру та багатооб'єктний спектрометр Хаббла (NICMOS) та розширену камеру для опитувань (ACS) для спостереження за 240 зірками змінних кефеїдів у семи галактиках. Однією з таких галактик був NGC 4258, відстань якої було дуже точно визначено за допомогою спостережень за допомогою радіотелескопів. Інші шість галактик нещодавно розмістили наднови типу Іа, які є надійними індикаторами відстані для ще більшіх вимірів у Всесвіті. Супернові типу Ia вибухають майже з однаковою кількістю енергії і тому мають майже однакову внутрішню яскравість.
Спостерігаючи за Цефеїдами з дуже схожими властивостями на ближній інфрачервоній довжині хвилі у всіх семи галактиках, використовуючи той самий телескоп та інструмент, команда змогла більш точно відкалібрувати світність сверхнових. Завдяки потужним можливостям Хаббла, команда змогла пройти кілька найвиразніших стрічок уздовж попередньої дистанційної драбини, що передбачає невизначеність у поведінці Цефеїдів.
Зрештою, Рісс хотів би, щоб константа Хаббла була уточнена до значення з помилкою не більше одного відсотка, поставити ще більш жорсткі обмеження щодо рішення темної енергії.
Джерело: Науковий інститут космічного телескопа
