Lentilele gravitaționale ale supernovei dă o nouă valoare pentru constanta Hubble – Physics World

Un studiu despre modul în care lumina dintr-o supernova îndepărtată a fost transmisă gravitațional în timp ce a călătorit pe Pământ a fost folosit pentru a calcula o nouă valoare pentru constanta Hubble - un parametru important care descrie expansiunea universului. Deși acest ultim rezultat nu i-a surprins pe astronomi, observații similare în viitor ne-ar putea ajuta să înțelegem de ce tehnici diferite au dat până acum valori foarte diferite pentru constanta Hubble.

Universul s-a extins de când a fost creat în Big Bang, acum 13.7 miliarde de ani. În anii 1920, astronomul american Edwin Hubble a observat că galaxiile mai îndepărtate de Pământ par să se îndepărteze de Pământ mai repede decât galaxiile care sunt mai aproape de noi. El a făcut acest lucru măsurând deplasarea spre roșu a luminii din aceste galaxii - care este întinderea lungimii de undă a luminii care are loc atunci când un obiect se retrage de la un observator.

Relația liniară dintre distanță și viteză pe care a măsurat-o este descrisă de constanta Hubble și de atunci astronomii au dezvoltat mai multe tehnici pentru a o măsura.

Astronomii sunt însă nedumeriți pentru că măsurători diferite au furnizat valori foarte diferite pentru constanta Hubble. Măsurătorile radiației de fond cosmic cu microunde (CRB) de către satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene dau o valoare de aproximativ 67 km/s/Mpc. Cu toate acestea, măsurătorile care implică observații ale supernovelor de tip 1a realizate de colaborarea SH0ES dau o valoare de aproximativ 73 km/s/Mpc. Incertitudinile în aceste măsurători sunt de aproximativ 1–2%, deci există o tensiune clară între cele două tehnici. Astronomii vor să știe de ce și să afle că dezvoltă noi modalități de a măsura constanta Hubble.

Acum, astronomii au măsurat constanta Hubble folosind lumina dintr-o supernova care a explodat acum 9.34 miliarde de ani. În drumul său spre Pământ, lumina a trecut printr-un grup de galaxii și a fost deviată de câmpul gravitațional imens al clusterului, care a focalizat lumina spre Pământ. Acest efect se numește lentilă gravitațională.

Distribuția masei nodulare

Distribuția nebuloasă a masei în cluster a creat un câmp gravitațional complex care a trimis lumina supernovei pe mai multe căi diferite către Pământ. Când supernova a fost observată pentru prima dată în 2014, a apărut ca patru puncte de lumină. Pe măsură ce cele patru puncte s-au estompat, un al cincilea a apărut 376 de zile mai târziu. Această lumină a fost întârziată de drumul mai lung pe care îl parcursese prin cluster.

În acele 376 de zile, universul s-a extins, ceea ce înseamnă că lungimea de undă a luminii care sosește târziu a fost deplasată spre roșu. Măsurând acest redshift suplimentar, o echipă condusă de Patrick Kelly de la Universitatea din Minnesota a fost capabil să calculeze constanta Hubble. Folosind mai multe modele diferite de distribuție a masei pentru clustere, echipa a venit cu valori pentru constanta fie de 64.8 km/s/Mpc, fie de 66.6 km/s/Mpc.

Măsurarea întârzierii supernovei la prima vedere pare să favorizeze valoarea lui Planck a constantei Hubble față de SH0ES. Cu toate acestea, măsurătorile anterioare de întârziere ale luminii quasarului observate de H0LiCOW colaborarea da o valoare de 73.3 km/s/Mpc – deci mai aproape de SH0ES.

Deși acest lucru ar putea părea confuz, colegul lui Kelly Tommaso Treu de la Universitatea din California, Los Angeles subliniază că ultimele rezultate nu sunt surprinzătoare.

„Nu sunt foarte diferiți”, spune el. „În cadrul incertitudinilor, această nouă măsurătoare este în concordanță cu toate cele trei [Planck, SH0ES și H0LiCOW].”

Sherry Suyu de la Institutul Max Planck pentru Astrofizică din Germania, care conduce proiectul H0LiCOW și nu a fost implicat în aceste noi măsurători de întârziere, de asemenea, nu vede neapărat un paradox.

Promisiune viitoare

„Această valoare [de la supernova] provine dintr-un singur sistem de lentile și, având în vedere barele sale de eroare, măsurarea este în concordanță statistic cu rezultatele de la quasarii cu lentile H0LiCOW”, spune ea.

Incertitudinea în măsurarea întârzierii supernovei este legată de modul în care masa este distribuită în galaxie - cât de multă materie întunecată și materie barionică (normală) este prezentă și cum este răspândită în cluster. Echipa lui Kelly și Treu a folosit o varietate de modele, iar diferențele dintre modele formează o mare parte din incertitudinea valorilor lor pentru constanta Hubble.

Găsirea unei constante consistente

„Precizia măsurătorilor constante de Hubble scăzute prezentate aici pur și simplu nu este suficientă pentru a argumenta împotriva valorii mai mari SH0ES”, spune Daniel Mortlock de la Imperial College, Londra, care nici el nu a fost implicat în cercetare.

Totuși, Mortlock crede că acest calcul al constantei Hubble din măsurarea întârzierii în timp a unei supernove este un reper. Până acum, au fost descoperite doar câteva supernove cu lentile, dar în următorii ani, când Observatorul Vera C. Rubin în Chile, care are un telescop gigant de sondaj de 8.4 metri, vine online, numărul descoperirilor de supernove cu lentile ar trebui să crească dramatic.

Lucru „drăguț”.

„În general, cred că este o lucrare minunată pentru a face această măsurătoare, dar poate cel mai interesant aspect al acestui lucru este promisiunea viitoare, deoarece sondajele precum Rubin vor descoperi mult mai multe sisteme de acest tip”, spune Mortlock.

Odată cu creșterea numărului de supernove cu lentile, va veni o mai mare precizie în măsurătorile constantei Hubble, ceea ce va ajuta la reducerea barelor de eroare și va confirma dacă aceste date susțin rezultatele Planck sau SH0ES. Unii teoreticieni au chiar a sugerat că o nouă fizică poate fi necesar să explice tensiunea Hubble, presupunând că este reală și nu o eroare sistematică nerecunoscută în observații.

„Este în mod evident nevoie de mai multă precizie pentru a contribui la rezolvarea tensiunii Hubble”, conchide Treu. „Dar acesta este un prim pas important.”

Cercetarea este descrisă în Ştiinţă.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Cumpărați și vindeți acțiuni în companii PRE-IPO cu PREIPO®. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/