عدسی گرانشی ابرنواختر ارزش جدیدی برای ثابت هابل - دنیای فیزیک به دست می دهد

عدسی گرانشی ابرنواختر ارزش جدیدی برای ثابت هابل - دنیای فیزیک به دست می دهد

تمبر زمان: 23 مه 2023، 3:44 صبح

لنز گرانشی
ورود زودهنگام: چهار تصویر اول از ابرنواختر با لنز گرانشی به رنگ زرد نشان داده شده است. (تقدیم: NASA/ESA/JHU/UCLA/UC Berkeley/STScI)

مطالعه ای در مورد نحوه تابش نور یک ابرنواختر دوردست هنگام حرکت به زمین، برای محاسبه مقدار جدیدی برای ثابت هابل - یک پارامتر مهم که انبساط جهان را توصیف می کند - استفاده شده است. در حالی که این آخرین نتیجه اخترشناسان را شگفت زده نکرده است، مشاهدات مشابه در آینده می تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چرا تکنیک های مختلف تاکنون مقادیر بسیار متفاوتی را برای ثابت هابل به دست آورده اند.

کیهان از زمان ایجاد شدنش در بیگ بنگ در 13.7 میلیارد سال پیش در حال انبساط بوده است. در دهه 1920، ادوین هابل، ستاره شناس آمریکایی مشاهده کرد که به نظر می رسد کهکشان های دورتر از زمین سریعتر از کهکشان هایی که به ما نزدیکتر هستند، از زمین دور می شوند. او این کار را با اندازه‌گیری انتقال نور از این کهکشان‌ها به سرخ انجام داد - که کشش طول موج نور است که زمانی رخ می‌دهد که یک جسم از ناظر دور شود.

رابطه خطی بین فاصله و سرعت که او اندازه گیری کرد توسط ثابت هابل توصیف شده است و ستاره شناسان از آن زمان چندین تکنیک برای اندازه گیری آن ایجاد کرده اند.

با این حال، ستاره شناسان متحیر هستند، زیرا اندازه گیری های مختلف مقادیر بسیار متفاوتی را برای ثابت هابل ارائه کرده اند. اندازه‌گیری تشعشعات پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CRB) توسط ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا، مقداری در حدود 67 کیلومتر بر ثانیه در مگاپیکسل را نشان می‌دهد. با این حال، اندازه‌گیری‌های مربوط به مشاهدات ابرنواختر نوع 1a که توسط همکاری SH0ES انجام شده است، مقداری در حدود 73 کیلومتر بر ثانیه در مگاپیکسل را نشان می‌دهد. عدم قطعیت در این اندازه گیری ها حدود 1-2٪ است، بنابراین تنش واضحی بین دو تکنیک وجود دارد. اخترشناسان می‌خواهند دلیل آن را بدانند و بدانند که در حال توسعه راه‌های جدیدی برای اندازه‌گیری ثابت هابل هستند.

اکنون، ستاره شناسان با استفاده از نور ابرنواختری که 9.34 میلیارد سال پیش منفجر شده است، ثابت هابل را اندازه گیری کرده اند. در مسیر خود به زمین، نور از یک خوشه کهکشانی عبور کرد و توسط میدان گرانشی عظیم خوشه منحرف شد، که نور را به سمت زمین متمرکز کرد. این اثر عدسی گرانشی نامیده می شود.

توزیع توده ای

توزیع توده ای جرم در خوشه یک میدان گرانشی پیچیده ایجاد کرد که نور ابرنواختر را در چندین مسیر مختلف به سمت زمین فرستاد. هنگامی که این ابرنواختر برای اولین بار در سال 2014 مشاهده شد، به صورت چهار نقطه نورانی ظاهر شد. با محو شدن چهار نقطه، 376 روز بعد نقطه پنجم ظاهر شد. این نور به دلیل مسیر طولانی تری که از میان خوشه طی کرده بود به تأخیر افتاد.

در طول آن 376 روز جهان منبسط شده بود، به این معنی که طول موج نور دیررس به قرمز منتقل شد. با اندازه گیری این انتقال اضافی به قرمز، تیمی به رهبری پاتریک کلی دانشگاه مینه سوتا توانست ثابت هابل را محاسبه کند. با استفاده از چندین مدل توزیع جرم مختلف برای خوشه‌ها، تیم به مقادیر ثابت 64.8 کیلومتر بر ثانیه در مگاپیکسل یا 66.6 کیلومتر بر ثانیه در مگاپیکسل رسید.

اندازه‌گیری تأخیر زمانی ابرنواختر در نگاه اول به نظر می‌رسد به نفع ارزش ثابت هابل پلانک نسبت به SH0ES باشد. با این حال، اندازه گیری های تاخیر زمانی قبلی نور اختروش مشاهده شده توسط H0LiCOW همکاری مقدار 73.3 km/s/Mpc را به دست می‌دهد - بنابراین به SH0ES نزدیک‌تر است.

در حالی که این ممکن است گیج کننده به نظر برسد، همکار کلی توماسو ترو از دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، اشاره می کند که نتایج اخیر تعجب آور نیست.

او می گوید: «آنها تفاوت چندانی با هم ندارند. "در عدم قطعیت ها، این اندازه گیری جدید با هر سه [Planck، SH0ES و H0LiCOW] سازگار است."

شری سویو از موسسه ماکس پلانک برای اخترفیزیک در آلمان، که پروژه H0LiCOW را رهبری می‌کند و در این اندازه‌گیری‌های تاخیر زمانی جدید شرکت نداشت، لزوماً تناقضی را مشاهده نمی‌کند.

وعده آینده

او می‌گوید: «این مقدار [از ابرنواختر] از یک سیستم عدسی منفرد است و با توجه به نوارهای خطای آن، اندازه‌گیری از نظر آماری با نتایج حاصل از اختروش‌های لنزدار H0LiCOW مطابقت دارد.

عدم قطعیت در اندازه‌گیری تاخیر زمانی ابرنواختر به نحوه توزیع جرم در کهکشان مربوط می‌شود - چه مقدار ماده تاریک و ماده باریونی (عادی) وجود دارد و چگونه در سراسر خوشه پخش شده است. تیم کلی و تریو از مدل‌های مختلفی استفاده کردند و تفاوت بین مدل‌ها بخش بزرگی از عدم قطعیت در مقادیر ثابت هابل را تشکیل می‌دهد.

می‌گوید: «دقت اندازه‌گیری‌های پایین ثابت هابل که در اینجا ارائه شده است، برای استدلال در برابر مقدار SH0ES بالاتر کافی نیست. دانیل مورتلاک از امپریال کالج لندن که او نیز در این تحقیق شرکت نداشت.

با این حال، مورتلاک فکر می کند که این محاسبه ثابت هابل از اندازه گیری تاخیر زمانی یک ابرنواختر نقطه عطفی است. تا کنون، تنها چند ابرنواختر با عدسی کشف شده اند، اما در سال های آینده که رصدخانه ورا سی روبین در شیلی، که دارای یک تلسکوپ 8.4 متری غول پیکر است، به صورت آنلاین عرضه می شود، تعداد اکتشافات ابرنواختر با عدسی باید به طور چشمگیری افزایش یابد.

کار "دوست داشتنی".

مورتلاک می‌گوید: «به طور کلی، من فکر می‌کنم انجام این اندازه‌گیری کار دوست‌داشتنی است، اما شاید هیجان‌انگیزترین جنبه این، وعده‌های آینده باشد، زیرا نظرسنجی‌هایی مانند Rubin سیستم‌های بسیار بیشتری از این نوع را کشف خواهند کرد.»

با افزایش تعداد ابرنواخترهای لنزدار، دقت بیشتری در اندازه گیری ثابت هابل حاصل می شود که به کاهش نوارهای خطا کمک می کند و تأیید می کند که آیا این داده ها از نتایج پلانک یا SH0ES پشتیبانی می کنند یا خیر. برخی از نظریه پردازان حتی پیشنهاد کرد که فیزیک جدید ممکن است نیاز به توضیح تنش هابل باشد، با این فرض که این کشش واقعی است و یک خطای سیستماتیک ناشناخته در مشاهدات نیست.

ترئو نتیجه می گیرد: «به وضوح برای کمک به حل تنش هابل به دقت بیشتری نیاز است. "اما این اولین قدم مهم است."

تحقیق در شرح داده شده است علم.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک