Teleskop Jamesa Webba mógł w końcu rozwiązać kryzys w kosmologii

Badanie analityczne przeprowadzone na Uniwersytecie w Chicago w celu zmierzenia tempa ekspansji Wszechświata wykazało, że może nie istnieć coś takiego jak „napięcie Hubble’a”.

„Kryzys w kosmologii”, wywołany różnymi pomiarami ekspansji Wszechświata, może być bliski rozwiązania dzięki… Kosmiczny Teleskop Jamesa WebbaNowe dane przeanalizowane przez naukowców sugerują, że turbulencje Hubble’a mogą nie być tak intensywne, jak wcześniej sądzono. Może to oznaczać, że nasz obecny model Wszechświata pozostaje dokładny.

Dyskusja na temat tempa ekspansji wszechświata

Wiemy dużo o naszym wszechświecie, ale astronomowie wciąż zastanawiają się, jak szybko się on rozszerza. Rzeczywiście, w ciągu ostatnich dwudziestu lat dwa główne sposoby pomiaru tej liczby – znanej jako stała Hubble’a – dały różne odpowiedzi, co skłoniło niektórych do zastanowienia się, czy czegoś brakuje w naszym modelu działania Wszechświata.

Nowe spostrzeżenia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba

Jednak nowe pomiary wykonane przez potężny Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba sugerują, że mimo wszystko może nie dojść do konfliktu, znanego również jako „napięcie Hubble’a”.

W przesłanym dokumencie Dziennik astrofizyczny, Uniwersytet w Chicago Kosmolog Wendy Friedman i jej współpracownicy przeanalizowali nowe dane zebrane przez NASANaukowcom udało się zmierzyć odległość do dziesięciu pobliskich galaktyk za pomocą potężnego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a także zmierzyli nową wartość obecnego tempa ekspansji Wszechświata.

Mierzone przy prędkości 70 kilometrów na sekundę na sekundę megaparsekco pokrywa się z drugą główną metodą dotyczącą stałej Hubble’a.

„Na podstawie nowych danych z Teleskopu Jamesa Webba i stosując trzy niezależne metody nie znajdujemy mocnych dowodów na istnienie napięcia Hubble’a” – powiedział Friedman, znany astronom i profesor astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie w Chicago. „Wręcz przeciwnie , nasz standardowy model kosmologiczny wyjaśniający ewolucję wszechświata jest niezachwiana.

Stres Hubble’a?

Wiemy, że wszechświat rozszerza się w czasie od 1929 r., kiedy Edwin Hubble (absolwent Uniwersytetu w Chicago w 1910 r., doktorat w 1917 r.) dokonał pomiarów gwiazd, które wykazały, że galaktyki znajdujące się dalej od Ziemi oddalają się od Ziemi szybciej niż pobliskie galaktyki . Jednak zaskakująco trudno jest obecnie określić dokładną liczbę tego, jak szybko Wszechświat się rozszerza.

Liczba ta, znana jako stała Hubble’a, jest niezbędna do zrozumienia historii wszechświata. Jest to fundamentalna część naszego modelu ewolucji wszechświata w czasie.

„Potwierdzenie realności stałego tensora Hubble’a będzie miało poważne konsekwencje dla podstawowej fizyki i współczesnej kosmologii” – wyjaśnił Friedman.

Różne sposoby pomiaru

Biorąc pod uwagę wagę i trudność wykonywania tych pomiarów, naukowcy testują je przy użyciu różnych metod, aby zapewnić ich jak największą dokładność.

Jedno z głównych podejść polega na badaniu światła resztkowego ze śladu Wielki wybuchznane jako kosmiczne mikrofalowe tło. Obecnie najlepsze oszacowanie stałej Hubble’a przy użyciu tej metody, które jest bardzo dokładne, wynosi 67,4 km na sekundę na megaparsek.

Drugą główną metodą, w której specjalizuje się Friedman, jest bezpośredni pomiar ekspansji galaktyk w naszym lokalnym kosmicznym sąsiedztwie przy użyciu gwiazd, których jasność znamy. Podobnie jak światła samochodów wydają się słabsze, gdy są daleko, tak gwiazdy wydają się słabsze przy coraz większych odległościach. Mierząc odległości i prędkości, z jakimi galaktyki oddalają się od nas, możemy wywnioskować, jak szybko rozszerza się Wszechświat.

W przeszłości pomiary wykonane w ten sposób podawały wyższą wartość stałej Hubble’a – bliższą 74 kilometrom na sekundę na megaparsek.

Zagadka napięcia Hubble’a

Różnica ta jest na tyle duża, że ​​niektórzy naukowcy spekulują, że w naszym standardowym modelu ewolucji wszechświata może brakować czegoś istotnego. Na przykład, ponieważ jedna metoda uwzględnia początki Wszechświata, a druga obecną erę, z biegiem czasu mogło nastąpić coś ważnego we wszechświecie. Ta pozorna rozbieżność stała się znana jako „napięcie Hubble’a”.

Wejdź do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) oferuje ludzkości nowe, potężne narzędzie do obserwacji głębi kosmosu. Wystrzelony w 2021 roku, następca Teleskopu Hubble’a, wykonał oszałamiająco ostre zdjęcia, ujawnił nowe aspekty odległych światów, zebrał bezprecedensowe dane i otworzył nowe okna na Wszechświat.

Friedman i jej współpracownicy wykorzystali teleskop do wykonania pomiarów 10 pobliskich galaktyk, które stanowią podstawę do pomiaru tempa rozszerzania się Wszechświata.

Aby zweryfikować swoje wyniki, wykorzystali trzy niezależne metody. Pierwsza metoda wykorzystuje rodzaj gwiazdy znanej jako cefeida zmienna, której jasność zmienia się w sposób przewidywalny w czasie. Druga metoda znana jest jako „czubek gałęzi czerwonego olbrzyma” i wykorzystuje fakt, że gwiazdy o małej masie osiągają ustaloną górną granicę swojej jasności. Trzecia i najnowsza metoda wykorzystuje rodzaj gwiazd zwanych gwiazdami węglowymi, które mają stałe kolory i jasność w widmie światła bliskiej podczerwieni. Nowa analiza jest pierwszą, w której zastosowano wszystkie trzy metody jednocześnie w tych samych galaktykach.

Ponowne oszacowanie stałej Hubble’a

W każdym przypadku wartości mieściły się w marginesie błędu wartości podanej metodą kosmicznej mikrofalowej metody tła wynoszącej 67,4 kilometrów na sekundę na megaparsek.

„Uzyskanie dobrej zgodności trzech bardzo różnych typów gwiazd jest dla nas mocnym wskaźnikiem, że podążamy właściwą drogą” – powiedział Friedman.

„Przyszłe obserwacje przy użyciu Teleskopu Jamesa Webba będą miały kluczowe znaczenie dla potwierdzenia lub obalenia teorii tensora Hubble’a i oceny implikacji dla kosmologii” – powiedział współautor badania Barry Madore z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej. Fundacja Carnegie na rzecz Nauki i wykładowca wizytujący na Uniwersytecie w Chicago.

Odniesienie: „Raport o stanie programu Hubble’a Chicago-Carnegie (CCHP): trzy niezależne szacunki astrofizyczne stałej Hubble’a przy użyciu teleskopu kosmicznego Jamesa Webba” autorstwa Wendy L. Friedmana i Barry’ego F. Madore, In-Sung Jang i Taylor J. Hoyta i Abigail J. Lee, Kayla A. Owensa, 12 sierpnia 2024 r., Astrofizyka > Kosmologia i astrofizyka pozagalaktyczna.
arXiv:2408.06153

Innymi współautorami tego artykułu byli badaczka z UChicago, In Sung Jang, Taylor Hoyt (doktorat z 22 r., obecnie w Lawrence Berkeley National Laboratory) oraz absolwenci UChicago, Kayla Owens i Abby Lee.

Finansowanie: NASA.