Гравитационное линзирование сверхновой дало новое значение постоянной Хаббла

Исследование того, как свет от далекой сверхновой подвергался гравитационному линзированию на пути к Земле, было использовано для расчета нового значения постоянной Хаббла – важного параметра, описывающего расширение Вселенной. Хотя этот последний результат не удивил астрономов, подобные наблюдения в будущем могут помочь нам понять, почему разные методы до сих пор давали очень разные значения постоянной Хаббла.

Вселенная расширялась с тех пор, как она была создана в результате Большого взрыва 13.7 миллиардов лет назад. В 1920-х годах американский астроном Эдвин Хаббл заметил, что галактики, находящиеся дальше от Земли, удаляются от Земли быстрее, чем галактики, находящиеся ближе к нам. Он сделал это, измерив красное смещение света этих галактик — растяжение длины волны света, которое происходит, когда объект удаляется от наблюдателя.

Измеренная им линейная зависимость между расстоянием и скоростью описывается постоянной Хаббла, и с тех пор астрономы разработали несколько методов ее измерения.

Однако астрономы озадачены, потому что разные измерения дали очень разные значения постоянной Хаббла.. Измерения космического микроволнового фонового излучения (CRB) спутником Планк Европейского космического агентства дают значение около 67 км/с/Мпк. Однако измерения по наблюдениям сверхновых типа 1а, выполненные коллаборацией SH0ES, дают значение около 73 км/с/Мпк. Неопределенности в этих измерениях составляют около 1–2%, поэтому между этими двумя методами существует явное противоречие. Астрономы хотят знать, почему, и узнать, что они разрабатывают новые способы измерения постоянной Хаббла.

Теперь астрономы измерили постоянную Хаббла, используя свет сверхновой, взорвавшейся 9.34 миллиарда лет назад. На пути к Земле свет прошел через скопление галактик и был отклонен огромным гравитационным полем скопления, которое сфокусировало свет на Землю. Этот эффект называется гравитационным линзированием.

Неровное распределение массы

Неровное распределение массы в скоплении создало сложное гравитационное поле, которое направило свет сверхновой по нескольким различным путям к Земле. Когда сверхновая впервые наблюдалась в 2014 году, она выглядела как четыре точки света. Когда четыре пункта исчезли, 376 дней спустя появился пятый. Этот свет задержался из-за более длинного пути, который он прошел через скопление.

За эти 376 дней Вселенная расширилась, а это означает, что длина волны поздно пришедшего света сместилась в красную сторону. Измерив это дополнительное красное смещение, команда под руководством Патрик Келли из Университета Миннесоты смог вычислить постоянную Хаббла. Используя несколько различных моделей распределения массы скоплений, команда получила значения константы либо 64.8 км/с/Мпк, либо 66.6 км/с/Мпк.

Измерение задержки сверхновой на первый взгляд кажется более предпочтительным, чем планковское значение постоянной Хаббла, а не SH0ES. Однако предыдущие измерения временной задержки света квазаров, наблюдаемые с помощью H0LiCOW сотрудничество дает значение 73.3 км/с/Мпк – что ближе к SH0ES.

Хотя это может показаться запутанным, коллега Келли Томмазо Треу из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе отмечает, что последние результаты не удивительны.

«Они не сильно отличаются», — говорит он. «В пределах погрешностей это новое измерение согласуется со всеми тремя [Planck, SH0ES и H0LiCOW]».

Шерри Сую из Института астрофизики Макса Планка в Германии, который возглавляет проект H0LiCOW и не участвовал в этих новых измерениях временной задержки, также не обязательно видит парадокс.

Будущее обещание

«Это значение [сверхновой] получено с помощью системы с одной линзой, и, учитывая ее погрешности, измерения статистически согласуются с результатами линзированных квазаров H0LiCOW», — говорит она.

Неопределенность в измерении задержки сверхновой связана с тем, как масса распределяется в галактике – сколько темной материи и барионной (нормальной) материи присутствует и как она распределена по скоплению. Команда Келли и Треу использовала множество моделей, и различия между моделями составляют большую часть неопределенности в их значениях постоянной Хаббла.

Нахождение постоянной константы

«Точность измерений низкой постоянной Хаббла, представленных здесь, просто недостаточна, чтобы спорить с более высоким значением SH0ES», — говорит Дэниел Мортлок из Имперского колледжа Лондона, который также не принимал участия в исследовании.

Тем не менее, Мортлок считает, что этот расчет постоянной Хаббла на основе измерения временной задержки сверхновой является важной вехой. Пока открыта лишь пара линзированных сверхновых, но в ближайшие годы, когда Вера К. Рубин Обсерватория В Чили, где установлен гигантский 8.4-метровый обзорный телескоп, количество открытий линзированных сверхновых должно резко возрасти.

«Прекрасная» работа

«В целом я думаю, что это прекрасная работа по проведению таких измерений, но, возможно, самым захватывающим аспектом этого являются перспективы на будущее, поскольку исследования, подобные Рубину, откроют гораздо больше систем такого типа», — говорит Мортлок.

С увеличением числа линзированных сверхновых появится более высокая точность измерений постоянной Хаббла, что поможет уменьшить планку погрешностей и подтвердить, подтверждают ли эти данные результаты Планка или SH0ES. Некоторые теоретики даже предположил, что новая физика может потребоваться для объяснения напряжения Хаббла, предполагая, что оно реально, а не является нераспознанной систематической ошибкой наблюдений.

«Очевидно, что необходима большая точность, чтобы способствовать разрешению противоречий с Хабблом», — заключает Треу. «Но это важный первый шаг».

Исследование описано в Наука.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/