Gravitasjonslinsing av supernova gir ny verdi for Hubble-konstanten – Physics World

En studie av hvordan lys fra en fjern supernova ble gravitasjonslinser da den reiste til jorden, har blitt brukt til å beregne en ny verdi for Hubble-konstanten – en viktig parameter som beskriver utvidelsen av universet. Selv om dette siste resultatet ikke har overrasket astronomer, kan lignende observasjoner i fremtiden hjelpe oss å forstå hvorfor forskjellige teknikker så langt har gitt svært forskjellige verdier for Hubble-konstanten.

Universet har ekspandert siden det ble skapt i Big Bang for 13.7 milliarder år siden. På 1920-tallet observerte den amerikanske astronomen Edwin Hubble at galakser lenger unna jorden ser ut til å bevege seg bort fra jorden raskere enn galakser som er nærmere oss. Han gjorde dette ved å måle rødforskyvningen av lyset fra disse galaksene - som er strekningen av lysets bølgelengde som oppstår når et objekt trekker seg tilbake fra en observatør.

Det lineære forholdet mellom avstand og hastighet som han målte er beskrevet av Hubble-konstanten og astronomer har siden utviklet flere teknikker for å måle den.

Astronomer er imidlertid forvirret, fordi forskjellige målinger har levert svært forskjellige verdier for Hubble-konstanten. Målinger av den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen (CRB) fra European Space Agencys Planck-satellitt gir en verdi på rundt 67 km/s/Mpc. Målinger som involverer observasjoner av type 1a supernovaer utført av SH0ES-samarbeidet gir imidlertid en verdi på rundt 73 km/s/Mpc. Usikkerhetene i disse målingene er ca. 1–2 %, så det er en klar spenning mellom de to teknikkene. Astronomer vil vite hvorfor, og for å finne ut at de utvikler nye måter å måle Hubble-konstanten på.

Nå har astronomer målt Hubble-konstanten ved hjelp av lys fra en supernova som eksploderte for 9.34 milliarder år siden. På vei til jorden passerte lyset gjennom en galaksehop og ble avledet av klyngens enorme gravitasjonsfelt, som fokuserte lyset mot jorden. Denne effekten kalles gravitasjonslinser.

Klumpete massefordeling

Den klumpete massefordelingen i klyngen skapte et komplekst gravitasjonsfelt som sendte supernovaens lys langs flere forskjellige baner mot jorden. Da supernovaen først ble observert i 2014, dukket den opp som fire lyspunkter. Da de fire punktene bleknet, dukket et femte opp 376 dager senere. Dette lyset ble forsinket av den lengre veien det hadde tatt gjennom klyngen.

I løpet av disse 376 dagene hadde universet utvidet seg, noe som betyr at bølgelengden til det sent ankommende lyset ble rødforskyvet. Ved å måle denne ekstra rødforskyvningen kan et team ledet av Patrick Kelly ved University of Minnesota var i stand til å beregne Hubble-konstanten. Ved å bruke flere forskjellige massefordelingsmodeller for klyngene, kom teamet opp med verdier for konstanten på enten 64.8 km/s/Mpc eller 66.6 km/s/Mpc.

Supernovaens tidsforsinkelsesmåling ser ved første øyekast ut til å favorisere Plancks verdi av Hubble-konstanten over SH0ES. Imidlertid tidligere tidsforsinkelsesmålinger av kvasarlys observert av H0LiCOW samarbeid gir en verdi på 73.3 km/s/Mpc – så nærmere SH0ES.

Selv om dette kan virke forvirrende, Kellys kollega Tommaso Treu ved University of California, Los Angeles påpeker at de siste resultatene ikke er overraskende.

"De er ikke veldig forskjellige," sier han. "Innenfor usikkerheten er denne nye målingen i samsvar med alle tre [Planck, SH0ES og H0LiCOW]."

Sherry Suyu fra Max Planck Institute for Astrophysics i Tyskland, som leder H0LiCOW-prosjektet og ikke var involvert i disse nye tidsforsinkelsesmålingene, ser heller ikke nødvendigvis et paradoks.

Fremtidsløfte

"Denne verdien [fra supernovaen] er fra et enkelt linsesystem, og gitt feillinjene er målingen statistisk konsistent med resultatene fra H0LiCOWs linsekvasarer," sier hun.

Usikkerheten i supernovaens tidsforsinkelsesmåling er relatert til hvordan massen er fordelt i galaksen – hvor mye mørk materie og baryonisk (normal) materie som er tilstede og hvordan den er spredt over hele klyngen. Kelly og Treus team brukte en rekke modeller, og forskjellene mellom modellene utgjør en stor del av usikkerheten i verdiene deres for Hubble-konstanten.

Finding a consistent constant

"Presisjonen til de lave Hubble-konstantene som presenteres her, er bare ikke nok til å argumentere mot den høyere SH0ES-verdien," sier Daniel Mortlock fra Imperial College, London, som heller ikke var involvert i forskningen.

Likevel mener Mortlock at denne beregningen av Hubble-konstanten fra tidsforsinkelsesmålingen av en supernova er et landemerke. Så langt er det bare oppdaget et par supernovaer med linse, men i de kommende årene når Vera C. Rubin observatorium i Chile, som har et gigantisk 8.4-meters undersøkelsesteleskop, kommer på nettet, bør antallet supernovafunn med linse øke dramatisk.

"Nydelig" arbeid

"Samlet sett synes jeg det er et flott stykke arbeid å gjøre denne målingen, men kanskje det mest spennende aspektet ved dette er fremtidsløftet, siden undersøkelser som Rubin vil oppdage mange flere systemer av denne typen," sier Mortlock.

Med økt antall linsede supernovaer vil det komme større presisjon i målingene av Hubble-konstanten, noe som vil bidra til å redusere feilstrekene og bekrefte om disse dataene støtter Planck- eller SH0ES-resultatene. Noen teoretikere har til og med foreslo at ny fysikk kan være nødvendig for å forklare Hubble-spenningen, forutsatt at den er reell og ikke en ukjent systematisk feil i observasjonene.

"Det trengs tydeligvis mer presisjon for å bidra til å løse opp Hubble-spenningen," konkluderer Treu. "Men dette er et viktig første skritt."

Forskningen er beskrevet i Vitenskap.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• Kjøp og selg aksjer i PRE-IPO-selskaper med PREIPO®. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/