A szupernóva gravitációs lencséi új értéket adnak a Hubble-állandónak – Fizikai világ

Egy távoli szupernóva fényének gravitációs lencséinek a Földre jutását vizsgáló tanulmányát felhasználták a Hubble-állandó új értékének kiszámításához – ez egy fontos paraméter, amely leírja az univerzum tágulását. Bár ez a legújabb eredmény nem lepte meg a csillagászokat, a jövőben hasonló megfigyelések segíthetnek megérteni, hogy a különböző technikák eddig miért adtak nagyon eltérő értékeket a Hubble-állandóra.

A világegyetem tágul, mióta 13.7 milliárd évvel ezelőtt létrejött az Ősrobbanás során. Az 1920-as években Edwin Hubble amerikai csillagász megfigyelte, hogy a Földtől távolabbi galaxisok gyorsabban távolodnak el a Földtől, mint a hozzánk közelebbi galaxisok. Ezt úgy tette, hogy megmérte az ezekből a galaxisokból származó fény vöröseltolódását – ami a fény hullámhosszának megnyúlása, amely akkor következik be, amikor egy objektum távolodik a megfigyelőtől.

Az általa mért távolság és sebesség közötti lineáris összefüggést a Hubble-állandó írja le, és a csillagászok azóta számos technikát fejlesztettek ki ennek mérésére.

A csillagászok azonban értetlenül állnak, mert a különböző mérések nagyon eltérő értékeket adtak a Hubble-állandóra. Az Európai Űrügynökség Planck műholdja által mért kozmikus mikrohullámú háttér (CRB) sugárzás mintegy 67 km/s/Mpc értéket ad. Az 1a típusú szupernóvák megfigyeléseit magában foglaló, az SH0ES együttműködéssel végzett mérések azonban körülbelül 73 km/s/Mpc értéket adnak. A mérések bizonytalansága 1-2% körüli, tehát egyértelmű feszültség van a két technika között. A csillagászok tudni akarják, miért, és megtudják, hogy új módszereket fejlesztenek ki a Hubble-állandó mérésére.

Most a csillagászok megmérték a Hubble-állandót egy 9.34 milliárd évvel ezelőtt felrobbant szupernóva fényével. A Föld felé vezető úton a fény áthaladt egy galaxishalmazon, és eltérítette a halmaz hatalmas gravitációs tere, amely a fényt a Föld felé fókuszálta. Ezt a hatást gravitációs lencséknek nevezik.

Gömbös tömegeloszlás

A halmazban a csomós tömegeloszlás egy összetett gravitációs mezőt hozott létre, amely a szupernóva fényét több különböző úton küldte a Föld felé. Amikor 2014-ben először észlelték a szupernóvát, négy fénypontként tűnt fel. Ahogy a négy pont elhalványult, 376 nappal később megjelent az ötödik. Ezt a fényt késleltette a hosszabb út, amelyet a klaszteren keresztül megtett.

Ez alatt a 376 nap alatt az univerzum kitágult, ami azt jelenti, hogy a későn érkező fény hullámhossza vöröseltolódott. Ennek az extra vöröseltolódásnak a mérésével egy csapat vezette patrick kelly a Minnesotai Egyetem munkatársa ki tudta számítani a Hubble-állandót. A csoportok több különböző tömegeloszlási modelljét használva a csapat a 64.8 km/s/Mpc vagy a 66.6 km/s/Mpc állandó értékeit találta ki.

A szupernóva-késleltetés mérése első pillantásra úgy tűnik, hogy a Planck-féle Hubble-állandót előnyben részesíti az SH0ES-sel szemben. A kvazárfény korábbi időkésleltetési mérései azonban a H0LiCOW az együttműködés 73.3 km/s/Mpc értéket ad – így közelebb az SH0ES-hez.

Bár ez zavarónak tűnhet, Kelly kollégája Tommaso Treu A Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem munkatársa rámutat, hogy a legújabb eredmények nem meglepőek.

„Nem nagyon különböznek egymástól” – mondja. "A bizonytalanságon belül ez az új mérés összhangban van mindhárommal [Planck, SH0ES és H0LiCOW]."

Sherry Suyu A németországi Max Planck Asztrofizikai Intézet munkatársa, aki a H0LiCOW projektet vezeti, és nem vett részt ezekben az új időkésleltetési mérésekben, szintén nem feltétlenül lát paradoxont.

Jövőbeli ígéret

"Ez az érték [a szupernóvából] egyetlen lencserendszerből származik, és a hibasávjai miatt a mérés statisztikailag összhangban van a H0LiCOW lencsés kvazárjainak eredményeivel" - mondja.

A szupernóva időkésleltetés mérésének bizonytalansága a tömeg eloszlásával függ össze a galaxisban – mennyi sötét anyag és barionos (normál) anyag van jelen, és hogyan oszlik el a halmazban. Kelly és Treu csapata sokféle modellt használt, és a modellek közötti különbségek nagy részét képezik a Hubble-állandó értékeinek bizonytalanságának.

Konzisztens állandó keresése

„Az itt bemutatott alacsony Hubble-konstans mérések pontossága egyszerűen nem elég ahhoz, hogy a magasabb SH0ES érték ellen vitatkozzon” – mondja. Daniel Mortlock a londoni Imperial College munkatársa, aki szintén nem vett részt a kutatásban.

Mortlock mégis úgy gondolja, hogy a Hubble-állandónak a szupernóva időkésleltetési méréséből történő kiszámítása mérföldkő. Eddig csak pár lencsés szupernóvát fedeztek fel, de a következő években, amikor a Vera C. Rubin Obszervatórium Chilében, ahol egy óriási, 8.4 méteres felmérő távcső található, a világhálóra kerül, a lencsékkel ellátott szupernóva-felfedezések számának drámaian növekednie kell.

"Szép" munka

„Összességében úgy gondolom, hogy nagyszerű munka a mérés elvégzése, de ennek talán a legizgalmasabb aspektusa a jövőbeli ígéret, mivel az olyan felmérések, mint a Rubin, sokkal több ilyen típusú rendszert fognak felfedezni” – mondja Mortlock.

A lencsés szupernóvák számának növekedésével a Hubble-állandó mérése pontosabb lesz, ami segít csökkenteni a hibasávokat, és megerősíti, hogy ezek az adatok alátámasztják-e a Planck vagy az SH0ES eredményeket. Egyes teoretikusok még azt is új fizikát javasolt szükség lehet a Hubble-feszültség magyarázatára, feltételezve, hogy az valós, és nem a megfigyelésekben fel nem ismert szisztematikus hiba.

„Egyértelműen nagyobb pontosságra van szükség ahhoz, hogy hozzájáruljunk a Hubble-féle feszültség oldásához” – összegzi Treu. "De ez egy fontos első lépés."

A kutatás leírása a Tudomány.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/