Колко бързо се разширява Вселената? Това е въпрос, на който астрономите не са успели да отговорят точно. Те имат име за скоростта на разширяване на Вселената: Константа на Хъбъл или Закон на Хъбъл. Но измерванията продължават да излизат с различни стойности и астрономите дебатират напред-назад по този въпрос от десетилетия.
Основната идея за измерване на Hubble Constant е да се разгледат далечни светлинни източници, обикновено вид свръхнови или променливи звезди, наричани "стандартни свещи", и да се измери червеното изместване на светлината им. Но колкото и астрономите да го правят, те не могат да измислят съгласувана стойност, а само диапазон от стойности. Ново проучване, включващо квазари и гравитационни лещи, може да помогне за разрешаването на проблема.
Че Вселената се разширява не е под въпрос. Знаем това от около 100 години. Светлината от далечните галактики се измества с червено, когато те се отдалечават от нас, и измерването на това червено изместване произвежда различни стойности за универсално разширение.
"Константата на Хъбъл закрепва физическия мащаб на Вселената."
Саймън Бирър, докторантура на УКЛА и водещ автор на изследването.
Скоростта на разширение се измерва в километри в секунда на мегапарсек, изписани като (km / s) / Mpc. Така например, нещо, което се разширява със скорост 10 (км / с) / Mpc, означава, че две точки в космически разстояние 1 мегапарсек (еквивалент на 3,26 милиона светлинни години) се движат далеч една от друга със скорост от 10 километра в час секунда.
Когато за първи път е открит през 20-те години на миналия век, се смята, че скоростта на разширяване е 625 kps / Mpc. Но започвайки през 50-те години, по-добрите изследвания го измерват като по-малко от 100 kps / Mpc. През последните няколко десетилетия множество проучвания измерват скоростта на разширяване и достигат скорости между около 67 до 77 kps / Mpc.
Но науката няма да приеме масив от отговори за нещо, което трябва да има една стойност. Нямаше да е наука, ако имаше. Така учените продължават да се опитват по различни начини да измерят константата на Хъбъл, за да видят дали могат да го оправят, защото константата на Хъбъл е повече от просто измерване на разширяването на Вселената.
„Константата на Хъбъл закрепва физическия мащаб на Вселената“, казва Саймън Бирър, докторант от УКЛА и водещ автор на изследването. Без точна стойност за константата на Хъбъл, астрономите не могат да определят точно размерите на отдалечени галактики, епохата на Вселената или историята на разширение на Космоса. Така че да се оправи правилно е голяма работа.
Ново изследване, току-що публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, опитва нов метод за измерване на Константата на Хъбъл. Изследването се ръководи от екип от астрономи от UCLA и разчита на далечни квазари, чиято светлина е подложена на гравитационно лещиране, преди да достигне Земята.
Квазарите са ултра ярки обекти. Те също се наричат активни галактически ядра, тъй като се смята, че са причинени от свръхмасивни черни дупки в центъра на галактиките. Електромагнитното излъчване, което излъчват, се причинява от въртящия се диск за натрупване около черната дупка. Тъй като дискът на материята около дупката се ускорява, той излъчва огромно количество енергия.
Тъй като квазарите са толкова светещи, те могат да се видят от огромни разстояния. Това ги прави не само завладяващи обекти на изследване, но и полезни като маркери за изучаване на закона на Хъбъл.
Гравитационните лещи се появяват, когато източникът на светлина от изключително далечен обект, квазари в това изследване, се натъкне на намесваща се галактика, преди да достигне до наблюдатели на Земята. Екстремната маса на галактиката е достатъчна за огъване на светлината, подобно на начина, по който прави стъклена леща. Резултатът е един вид ефект „къща от огледала“. Изображението по-долу показва как изглежда. Откриването на гравитационните лещи е най-тясно свързано с Айнщайн, въпреки че едва през 1979 г. това е било наблюдавано.
Това проучване се фокусира върху двойните квазари. Двойният квазар, понякога наричан двойн квазар, не са два квазара близо един до друг, а по-скоро ефект на гравитационно лещиране. С двоен квазар светлината им е наклонена около намесваща се галактика, преди да достигне Земята, произвеждайки две изображения на квазара. Нито едно предишно проучване не ги е използвало, за да се опита да определи скоростта на разширяване на Вселената.
Тъй като светлината от квазара се огъва около намесващата се галактика, създавайки две изображения от един и същ квазар, той създава уникална възможност за наблюдение. Светлината, която създава отделните изображения на квазара, изминава различен път към всяко изображение. Тъй като светлината от квазара се колебае, между трептенето във всяко от двете изображения има забавяне.
Чрез измерване на закъснението между трептенията и знаейки масата на намесващата се галактика, екипът извежда разстоянията между Земята, лещинската галактика и квазара. Познаването на червените измествания на квазара и галактиката позволи на учените да преценят колко бързо се разширява Вселената.
Това проучване се фокусира върху двойния квазар, наречен SDSS J1206 + 4332, и също така разчита на данни от космическия телескоп Хъбъл, Близнаците и W.M. Keck обсерватории и от космологичния мониторинг на гравитационните лещи или COSMOGRAIL, мрежа. Екипът прекара няколко години в ежедневни снимки на двойния квазар, което им даде много точни измервания на забавянето във времето между трептенията. Когато се комбинира с другите данни, това даде на астрономите едно от най-добрите измервания на Константата на Хъбъл досега.
„Красотата на това измерване е, че тя се допълва изключително и е независима от другите“, казва Томасо Треу, професор по физика и астрономия от UCLA и старши автор на статията.
И така, колко бързо се разширява?
„… Вселената е малко по-сложна.
Томасо Треу, професор по физика и астрономия от UCLA.
Екипът излезе със стойност за Hubble Constant от 72,5 километра в секунда на мегапарсек. Това го поставя в съответствие с други измервания, които са използвали далечни свръхнове като стандартни свещи за измерване на Константа на Хъбъл. Но е около 7% по-висока от измерванията, които разчитат на космическия микровълнов фон, за да го измерят.
Това не е краят на дебата за Закона на Хъбъл. Все още има тази заяждаща разлика между методите за измерване. Какво означава? "Ако има действителна разлика между тези стойности, това означава, че Вселената е малко по-сложна", каза Треу. Треу също каза, че едно от измерванията или дори и трите са грешни.
Екипът ще настоява с техния метод за измерване на квазар-лещи. Те гледат 40 четворни квазари, за да се надяват да им дадат още по-точно измерване на скоростта на разширяване на Вселената.
Източници:
- Научна книга: H0LiCOW - IX. Космографски анализ на двойно образния квазар SDSS 1206 + 4332 и ново измерване на константата на Хъбъл
- Прессъобщение на UCLA: Виждането на двойник може да помогне за разрешаване на спора за това колко бързо се разширява Вселената
- H0LiCOW
- Запис в Уикипедия: Законът на Хъбъл
