Supernovan painovoimalinssi tuo uutta arvoa Hubblen vakiolle – Physics Worldille

Tutkimusta siitä, kuinka kaukaisesta supernovasta peräisin oleva valo oli gravitaatiolinssillä sen kulkiessa Maahan, on käytetty uuden arvon laskemiseen Hubble-vakiolle – tärkeälle parametrille, joka kuvaa maailmankaikkeuden laajenemista. Vaikka tämä viimeisin tulos ei ole yllättänyt tähtitieteilijöitä, samanlaiset havainnot tulevaisuudessa voivat auttaa meitä ymmärtämään, miksi erilaiset tekniikat ovat tähän mennessä tuottaneet hyvin erilaisia ​​arvoja Hubble-vakiolle.

Universumi on laajentunut siitä lähtien, kun se luotiin alkuräjähdyksessä 13.7 miljardia vuotta sitten. Amerikkalainen tähtitieteilijä Edwin Hubble havaitsi 1920-luvulla, että maasta kauempana olevat galaksit näyttävät etenevän maasta nopeammin kuin meitä lähempänä olevat galaksit. Hän teki tämän mittaamalla näistä galakseista tulevan valon punasiirtymän - mikä on valon aallonpituuden venymistä, joka tapahtuu, kun esine vetäytyy tarkkailijasta.

Hänen mittaamansa etäisyyden ja nopeuden lineaarista suhdetta kuvaa Hubblen vakio, ja tähtitieteilijät ovat sittemmin kehittäneet useita tekniikoita sen mittaamiseksi.

Tähtitieteilijät ovat kuitenkin ymmällään, koska eri mittaukset ovat tuottaneet hyvin erilaisia ​​arvoja Hubble-vakiolle. Euroopan avaruusjärjestön Planck-satelliitin kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn (CRB) mittaukset antavat arvoksi noin 67 km/s/Mpc. SH1ES-yhteistyön avulla tehdyt tyypin 0a supernovien havainnot antavat kuitenkin arvoksi noin 73 km/s/Mpc. Näiden mittausten epävarmuudet ovat noin 1–2 %, joten näiden kahden tekniikan välillä on selvä jännite. Tähtitieteilijät haluavat tietää miksi, ja saada selville, että he kehittävät uusia tapoja mitata Hubble-vakiota.

Nyt tähtitieteilijät ovat mitanneet Hubble-vakion käyttämällä valoa supernovasta, joka räjähti 9.34 miljardia vuotta sitten. Matkallaan Maahan valo kulki galaksijoukon läpi ja poikkeutti sen joukon valtavan gravitaatiokentän vaikutuksesta, joka kohdistai valon Maata kohti. Tätä vaikutusta kutsutaan gravitaatiolinssiksi.

Möykkyinen massan jakautuminen

Massan möykkyinen jakautuminen klusterissa loi monimutkaisen gravitaatiokentän, joka lähetti supernovan valon useita eri polkuja kohti Maata. Kun supernova havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 2014, se näkyi neljänä valopisteenä. Kun neljä pistettä häipyi, viides ilmestyi 376 päivää myöhemmin. Tätä valoa viivästytti pidempi reitti, jonka se oli kulkenut klusterin läpi.

Noiden 376 päivän aikana universumi oli laajentunut, mikä tarkoittaa, että myöhään saapuvan valon aallonpituus oli punasiirtymä. Mittaamalla tätä ylimääräistä punasiirtymää, johtama tiimi patrick kelly Minnesotan yliopiston opiskelija pystyi laskemaan Hubble-vakion. Käyttäen useita erilaisia ​​massajakauman malleja klusteille, tiimi sai arvot vakiolle joko 64.8 km/s/Mpc tai 66.6 km/s/Mpc.

Supernova-aikaviivemittaus näyttäisi ensi silmäyksellä suosivan Planckin Hubble-vakion arvoa SH0ES:n sijaan. Kuitenkin aiemmat aikaviivemittaukset kvasaarivalon havaitsemista H0LiCOW Yhteistyö antaa arvon 73.3 km/s/Mpc – niin lähempänä SH0ES:ää.

Vaikka tämä saattaa tuntua hämmentävältä, Kellyn kollega Tommaso Treu Kalifornian yliopistosta, Los Angelesista, tuoreimmat tulokset eivät ole yllättäviä.

"Ne eivät ole kovin erilaisia", hän sanoo. "Epävarmuustekijöiden sisällä tämä uusi mittaus on yhdenmukainen kaikkien kolmen [Planck, SH0ES ja H0LiCOW] kanssa."

Sherry Suyu Max Planck Institute for Astrophysics -instituutista Saksasta, joka johtaa H0LiCOW-projektia eikä ollut mukana näissä uusissa aikaviivemittauksissa, ei myöskään välttämättä näe paradoksia.

Tulevaisuuden lupaus

"Tämä arvo [supernovasta] on peräisin yhdestä linssijärjestelmästä, ja sen virhepalkit huomioon ottaen mittaus on tilastollisesti yhdenmukainen H0LiCOWn linssillä olevista kvasaarien tuloksista", hän sanoo.

Supernova-aikaviivemittauksen epävarmuus liittyy siihen, kuinka massa jakautuu galaksissa – kuinka paljon pimeää ainetta ja baryonista (normaalia) ainetta on läsnä ja miten se on levinnyt koko joukossa. Kellyn ja Treun tiimi käytti erilaisia ​​malleja, ja mallien väliset erot muodostavat suuren osan niiden Hubble-vakion arvojen epävarmuudesta.

Johdonmukaisen vakion löytäminen

"Tässä esitettyjen alhaisten Hubble-vakiomittausten tarkkuus ei vain riitä väittämään korkeampaa SH0ES-arvoa vastaan", sanoo Daniel Mortlock Lontoon Imperial Collegesta, joka ei myöskään ollut mukana tutkimuksessa.

Mortlock kuitenkin uskoo, että tämä Hubble-vakion laskeminen supernovan aikaviivemittauksesta on maamerkki. Tähän mennessä on löydetty vain pari linssillä varustettua supernovaa, mutta tulevina vuosina Vera C. Rubinin observatorio Chilessä, jossa on jättimäinen 8.4-metrinen mittausteleskooppi, tulee verkkoon linsseillä varustettujen supernovalöytöjen määrän pitäisi kasvaa dramaattisesti.

"Ihanaa" työtä

"Kaiken kaikkiaan mielestäni tämän mittauksen tekeminen on ihana työ, mutta ehkä jännittävin näkökohta tässä on tulevaisuuden lupaus, koska Rubinin kaltaiset tutkimukset löytävät monia muita tämäntyyppisiä järjestelmiä", Mortlock sanoo.

Linssillä varustettujen supernovien lisääntymisen myötä Hubble-vakion mittaukset tarkentuvat, mikä auttaa vähentämään virhepalkkeja ja vahvistamaan, tukevatko nämä tiedot Planck- tai SH0ES-tuloksia. Jotkut teoreetikot ovat jopa ehdotti uutta fysiikkaa voidaan vaatia selittämään Hubblen jännitystä olettaen, että se on todellinen eikä havaintojen tunnistamaton systemaattinen virhe.

"Hubble-jännitteen ratkaisemiseksi tarvitaan selvästi enemmän tarkkuutta", Treu päättää. "Mutta tämä on tärkeä ensimmäinen askel."

Tutkimusta kuvataan tiede.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/