초신성의 중력 렌즈 효과는 허블 상수에 대한 새로운 가치를 제공합니다 – Physics World

멀리 떨어져 있는 초신성에서 나온 빛이 지구로 이동할 때 어떻게 중력 렌즈가 적용되었는지에 대한 연구는 우주 팽창을 설명하는 중요한 매개변수인 허블 상수의 새로운 값을 계산하는 데 사용되었습니다. 이 최신 결과가 천문학자들을 놀라게 하지 않았지만, 미래의 유사한 관측은 왜 다른 기술이 지금까지 허블 상수에 대해 매우 다른 값을 산출했는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우주는 13.7억년 전 빅뱅으로 탄생한 이후 팽창해왔다. 1920년대에 미국의 천문학자 에드윈 허블은 지구에서 멀리 떨어진 은하가 우리에게 더 가까운 은하보다 지구에서 더 빨리 멀어지는 것처럼 보인다는 사실을 관찰했습니다. 그는 물체가 관찰자로부터 멀어질 때 발생하는 빛의 파장의 스트레칭인 이 은하들로부터의 빛의 적색편이를 측정함으로써 이것을 했습니다.

그가 측정한 거리와 속도 사이의 선형 관계는 허블 상수로 설명되며 이후 천문학자들은 이를 측정하기 위해 몇 가지 기술을 개발했습니다.

그러나 천문학자들은 의아해합니다. 다른 측정은 허블 상수에 대해 매우 다른 값을 제공했습니다.. 유럽 ​​우주국의 플랑크 위성이 우주 마이크로파 배경(CRB)을 측정한 결과 약 67km/s/Mpc의 값이 나왔습니다. 그러나 SH1ES 협력에 의해 수행된 유형 0a 초신성 관측과 관련된 측정은 약 73km/s/Mpc의 값을 제공합니다. 이러한 측정의 불확실성은 약 1–2%이므로 두 기술 사이에 분명한 긴장이 있습니다. 천문학자들은 그 이유를 알고 싶어하며 허블 상수를 측정하는 새로운 방법을 개발하고 있음을 알고 싶어합니다.

이제 천문학자들은 9.34억 XNUMX천만 년 전에 폭발한 초신성에서 나오는 빛을 이용해 허블 상수를 측정했습니다. 지구로 가는 도중에 빛은 은하단을 통과했고 은하단의 거대한 중력장에 의해 굴절되어 지구를 향해 빛을 집중시켰습니다. 이 효과를 중력 렌즈 효과라고 합니다.

울퉁불퉁한 질량 분포

성단의 울퉁불퉁한 질량 분포는 지구를 향해 여러 경로를 따라 초신성의 빛을 보내는 복잡한 중력장을 만들었습니다. 초신성은 2014년 처음 관측됐을 때 376개의 빛으로 나타났다. XNUMX개의 포인트가 사라지면서 XNUMX일 후에 XNUMX번째 포인트가 나타났습니다. 이 빛은 성단을 통과하는 더 긴 경로로 인해 지연되었습니다.

그 376일 동안 우주는 팽창했으며, 이는 늦게 도착한 빛의 파장이 적색편이되었음을 의미합니다. 이 여분의 적색 편이를 측정함으로써 패트릭 켈리 미네소타 대학의 허블 상수를 계산할 수 있었습니다. 클러스터에 대한 몇 가지 다른 질량 분포 모델을 사용하여 팀은 64.8km/s/Mpc 또는 66.6km/s/Mpc의 상수 값을 도출했습니다.

초신성 시간 지연 측정은 언뜻 보기에 SH0ES보다 플랑크의 허블 상수 값을 선호하는 것처럼 보입니다. 그러나 이전에 관측된 퀘이사광의 시간 지연 측정은 H0LiCOW 협업은 73.3km/s/Mpc 값을 제공하므로 SH0ES에 더 가깝습니다.

혼란스러워 보일 수 있지만 Kelly의 동료는 톰마소 트레우 UCLA의 로스엔젤레스 교수는 최신 결과가 놀라운 일이 아니라고 지적합니다.

"그들은 크게 다르지 않습니다."라고 그는 말합니다. "불확실성 내에서 이 새로운 측정은 세 가지 [Planck, SH0ES 및 H0LiCOW] 모두와 일치합니다."

셰리 수유 H0LiCOW 프로젝트를 이끌고 이 새로운 시간 지연 측정에 관여하지 않은 독일 막스 플랑크 천체물리학 연구소의 연구원도 반드시 역설을 보지는 않습니다.

미래의 약속

"[초신성에서] 이 값은 단일 렌즈 시스템에서 나온 것이며 오차 막대가 주어지면 H0LiCOW의 렌즈 퀘이사의 결과와 통계적으로 일치합니다."라고 그녀는 말합니다.

초신성 시간 지연 측정의 불확실성은 은하계에 질량이 어떻게 분포되어 있는지, 즉 암흑 물질과 중입자(정상) 물질이 얼마나 많이 존재하고 그것이 성단 전체에 어떻게 퍼져 있는지와 관련이 있습니다. Kelly와 Treu의 팀은 다양한 모델을 사용했으며 모델 간의 차이는 허블 상수에 대한 값의 불확실성의 큰 부분을 차지합니다.

일관된 상수 찾기

"여기에 제시된 낮은 허블 상수 측정의 정확도는 더 높은 SH0ES 값에 대해 논쟁하기에 충분하지 않습니다."라고 말합니다. 다니엘 몰록 연구에 참여하지 않은 런던 임페리얼 칼리지(Imperial College, London)의

그래도 Mortlock은 초신성의 시간 지연 측정에서 허블 상수를 계산하는 것이 랜드마크라고 생각합니다. 지금까지 몇 개의 렌즈 초신성만이 발견되었지만 앞으로 몇 년 안에 베라 C. 루빈 천문대 거대한 8.4미터 측량 망원경을 자랑하는 칠레에서는 렌즈가 장착된 초신성 발견의 수가 극적으로 증가할 것입니다.

"사랑스러운" 작품

Mortlock은 "전반적으로 이 측정을 수행하는 것이 멋진 작업이라고 생각하지만 Rubin과 같은 설문 조사를 통해 이러한 유형의 시스템을 더 많이 발견할 것이기 때문에 아마도 이것의 가장 흥미로운 측면은 미래의 약속일 것입니다."라고 말했습니다.

렌즈를 착용한 초신성의 수가 증가하면 허블 상수 측정의 정확도가 높아져 오류 막대를 줄이고 이러한 데이터가 Planck 또는 SH0ES 결과를 지원하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 어떤 이론가들은 심지어 새로운 물리학을 제안 허블 장력이 실제이며 관측에서 인식되지 않은 체계적 오류가 아니라는 가정 하에 허블 장력을 설명하는 데 필요할 수 있습니다.

"허블 장력의 해결에 기여하려면 분명히 더 많은 정확도가 필요합니다."라고 Treu는 결론지었습니다. "그러나 이것은 중요한 첫 번째 단계입니다."

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 과학.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/