Supernoova gravitatsioonilääts annab Hubble'i konstandile – füüsikamaailmale – uue väärtuse

Uuring selle kohta, kuidas kauge supernoova valgus Maale liikudes gravitatsiooniliselt lääts oli, on kasutatud Hubble'i konstandi uue väärtuse arvutamiseks – see on oluline parameeter, mis kirjeldab universumi paisumist. Kuigi see viimane tulemus ei ole astronoome üllatanud, võivad sarnased tähelepanekud tulevikus aidata meil mõista, miks erinevad tehnikad on seni andnud Hubble'i konstandi jaoks väga erinevaid väärtusi.

Universum on paisunud alates selle loomisest Suures Paugus 13.7 miljardit aastat tagasi. 1920. aastatel täheldas Ameerika astronoom Edwin Hubble, et Maast kaugemal asuvad galaktikad näivad eemalduvat Maast kiiremini kui meile lähemal asuvad galaktikad. Ta tegi seda, mõõtes nende galaktikate valguse punanihet, mis on valguse lainepikkuse venitamine, mis tekib siis, kui objekt vaatlejast eemaldub.

Tema mõõdetud kauguse ja kiiruse lineaarset seost kirjeldab Hubble'i konstant ja sellest ajast alates on astronoomid selle mõõtmiseks välja töötanud mitu tehnikat.

Astronoomid on aga hämmingus, sest erinevad mõõtmised on andnud Hubble'i konstandi jaoks väga erinevad väärtused. Euroopa Kosmoseagentuuri Plancki satelliidi kosmilise mikrolaine taustakiirguse (CRB) mõõtmised annavad väärtuseks umbes 67 km/s/Mpc. Mõõtmised, mis hõlmavad SH1ES-i koostöös tehtud 0a tüüpi supernoova vaatlusi, annavad aga väärtuseks umbes 73 km/s/Mpc. Nende mõõtmiste määramatused on umbes 1–2%, seega on kahe tehnika vahel selge pinge. Astronoomid tahavad teada, miks, ja saada teada, et nad töötavad välja uusi viise Hubble'i konstandi mõõtmiseks.

Nüüd on astronoomid mõõtnud Hubble'i konstanti, kasutades 9.34 miljardit aastat tagasi plahvatanud supernoova valgust. Teel Maale läbis valgus galaktikaparve ja kaldus kõrvale parve tohutu gravitatsioonivälja poolt, mis fokuseeris valguse Maa poole. Seda efekti nimetatakse gravitatsiooniläätseks.

Tükiline massijaotus

Massi tükiline jaotus kobaras tekitas keeruka gravitatsioonivälja, mis saatis supernoova valgust mööda mitut erinevat teed Maa poole. Kui supernoova esimest korda 2014. aastal vaadeldi, paistis see nelja valguspunktina. Kui neli punkti tuhmusid, ilmus 376 päeva hiljem viiendik. Seda valgust lükkas edasi pikem tee, mis selle klastri läbinud oli.

Nende 376 päeva jooksul oli universum paisunud, mis tähendab, et hilja saabuva valguse lainepikkus oli punanihkes. Mõõtes seda täiendavat punanihet, meeskond eesotsas patrick kelly Minnesota ülikooli teadlane suutis välja arvutada Hubble'i konstandi. Kasutades klastrite jaoks mitut erinevat massijaotuse mudelit, jõudis meeskond konstandi väärtused kas 64.8 km/s/Mpc või 66.6 km/s/Mpc.

Supernoova aja-viivituse mõõtmine näib esmapilgul eelistavat Plancki Hubble'i konstandi väärtust SH0ES-i asemel. Kuid varasemad kvasarvalguse viivituse mõõtmised, mida täheldas H0LiCOW koostöö annab väärtuseks 73.3 km/s/Mpc – nii lähemal SH0ES-ile.

Kuigi see võib tunduda segane, Kelly kolleeg Tommaso Treu Los Angelese California ülikoolist juhib tähelepanu, et viimased tulemused pole üllatavad.

"Need ei ole väga erinevad," ütleb ta. "Ebakindluse piires on see uus mõõtmine kooskõlas kõigi kolmega [Planck, SH0ES ja H0LiCOW]."

Sherry Suyu Saksamaa Max Plancki astrofüüsika instituudi esindaja, kes juhib H0LiCOW projekti ja ei osalenud nendes uutes viivitusmõõtmistes, ei näe samuti tingimata paradoksi.

Tuleviku lubadus

"See väärtus [supernoovast] pärineb ühest läätsesüsteemist ja selle vearibasid arvestades on mõõtmine statistiliselt kooskõlas H0LiCOW läätsede kvasarite tulemustega, " ütleb ta.

Supernoova aja-viivituse mõõtmise määramatus on seotud massi jaotumisega galaktikas – kui palju on tumeainet ja barüoonset (tavalist) ainet ning kuidas see levib kogu klastris. Kelly ja Treu meeskond kasutas erinevaid mudeleid ning mudelitevahelised erinevused moodustavad suure osa nende Hubble'i konstandi väärtuste ebakindlusest.

Järjepideva konstandi leidmine

"Siin esitatud Hubble'i konstandi madalate mõõtmiste täpsus ei ole lihtsalt piisav, et vaielda kõrgemale SH0ES väärtusele," ütleb Daniel Mortlock Londoni Imperial College'ist, kes samuti ei osalenud uuringus.

Siiski arvab Mortlock, et see Hubble'i konstandi arvutamine supernoova viivituse mõõtmise põhjal on maamärk. Seni on avastatud vaid paar läätsega supernoovat, kuid lähiaastatel, kui Vera C. Rubini observatoorium Tšiilis, kus on hiiglaslik 8.4-meetrine vaatlusteleskoop, tuleb võrku, peaks supernoova avastuste arv järsult suurenema.

"Armas" töö

"Üldiselt arvan, et selle mõõtmise tegemine on suurepärane töö, kuid võib-olla on selle kõige põnevam aspekt tulevikulubadused, kuna sellised uuringud nagu Rubin avastavad palju rohkem seda tüüpi süsteeme," ütleb Mortlock.

Suurenenud läätsega supernoovade arvuga kaasneb Hubble'i konstandi mõõtmise täpsus, mis aitab vähendada vearibasid ja kinnitab, kas need andmed toetavad Plancki või SH0ES-i tulemusi. Mõned teoreetikud on isegi soovitas, et uus füüsika võidakse nõuda Hubble'i pinge selgitamist, eeldades, et see on tõeline ja mitte tuvastamata süstemaatiline viga vaatlustes.

"Hubble'i pingete lahendamisele kaasa aitamiseks on vaja selgelt rohkem täpsust," järeldab Treu. "Kuid see on oluline esimene samm."

Uuringut kirjeldatakse artiklis teadus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/