Gravitacijska leča supernove daje novo vrednost za Hubblovo konstanto – Svet fizike

Študija o tem, kako je bila svetloba oddaljene supernove gravitacijska leča, ko je potovala do Zemlje, je bila uporabljena za izračun nove vrednosti za Hubblovo konstanto – pomemben parameter, ki opisuje širjenje vesolja. Čeprav ta najnovejši rezultat ni presenetil astronomov, bi nam lahko podobna opazovanja v prihodnosti pomagala razumeti, zakaj so različne tehnike doslej dale zelo različne vrednosti za Hubblovo konstanto.

Vesolje se širi, odkar je nastalo v velikem poku pred 13.7 milijardami let. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je ameriški astronom Edwin Hubble opazil, da se zdi, da se galaksije, ki so bolj oddaljene od Zemlje, hitreje oddaljujejo od Zemlje kot galaksije, ki so nam bližje. To je naredil tako, da je izmeril rdeči premik svetlobe iz teh galaksij - kar je raztezanje valovne dolžine svetlobe, do katerega pride, ko se predmet odmakne od opazovalca.

Linearno razmerje med razdaljo in hitrostjo, ki jo je izmeril, je opisano s Hubblovo konstanto in astronomi so od takrat razvili več tehnik za njeno merjenje.

Astronomi pa so zmedeni, ker različne meritve so dale zelo različne vrednosti za Hubblovo konstanto. Meritve sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CRB) s satelitom Planck Evropske vesoljske agencije dajejo vrednost približno 67 km/s/Mpc. Vendar pa meritve, ki vključujejo opazovanja supernov tipa 1a, ki jih je opravilo sodelovanje SH0ES, dajejo vrednost približno 73 km/s/Mpc. Negotovosti pri teh meritvah so približno 1–2 %, zato obstaja jasna napetost med obema tehnikama. Astronomi želijo vedeti, zakaj, in ugotoviti, da razvijajo nove načine za merjenje Hubblove konstante.

Zdaj so astronomi izmerili Hubblovo konstanto z uporabo svetlobe supernove, ki je eksplodirala pred 9.34 milijarde let. Na poti do Zemlje je svetloba šla skozi jato galaksij in jo je odbilo ogromno gravitacijsko polje jate, ki je svetlobo usmerilo proti Zemlji. Ta učinek se imenuje gravitacijska leča.

Grudasta porazdelitev mase

Grudasta porazdelitev mase v grozdu je ustvarila zapleteno gravitacijsko polje, ki je poslalo svetlobo supernove po več različnih poteh proti Zemlji. Ko so supernovo leta 2014 prvič opazili, je bila videti kot štiri svetlobne točke. Ko so štiri točke zbledele, se je 376 dni pozneje pojavila peta. Ta svetloba je bila zakasnjena zaradi daljše poti, ki jo je prehodila skozi kopico.

V teh 376 dneh se je vesolje razširilo, kar pomeni, da je bila valovna dolžina pozno prispele svetlobe premaknjena rdeče. Z merjenjem tega dodatnega rdečega premika je ekipa pod vodstvom patrick kelly Univerze v Minnesoti je lahko izračunal Hubblovo konstanto. Z uporabo več različnih modelov porazdelitve mase za grozde je ekipa prišla do vrednosti za konstanto 64.8 km/s/Mpc ali 66.6 km/s/Mpc.

Merjenje časovnega zamika supernove bi na prvi pogled dalo prednost Planckovi vrednosti Hubblove konstante pred SH0ES. Vendar prejšnje meritve časovne zakasnitve svetlobe kvazarja, ki jih je opazil H0LiCOW sodelovanje daje vrednost 73.3 km/s/Mpc – torej bližje SH0ES.

Čeprav se to morda zdi zmedeno, Kellyin kolega Tommaso Treu Univerze v Kaliforniji v Los Angelesu poudarja, da zadnji rezultati niso presenetljivi.

"Niso zelo različni," pravi. "Znotraj negotovosti je ta nova meritev skladna z vsemi tremi [Planck, SH0ES in H0LiCOW]."

Sherry Suyu z Inštituta Maxa Plancka za astrofiziko v Nemčiji, ki vodi projekt H0LiCOW in ni bil vključen v te nove meritve časovnega zamika, tudi ne vidi nujno paradoksa.

Obljuba prihodnosti

»Ta vrednost [iz supernove] izvira iz sistema z eno samo lečo in glede na njene stolpce napak je meritev statistično skladna z rezultati kvazarjev z lečo H0LiCOW,« pravi.

Negotovost pri merjenju časovne zakasnitve supernove je povezana s tem, kako je masa porazdeljena v galaksiji – koliko temne snovi in ​​barionske (normalne) snovi je prisotne in kako je razporejena po gruči. Kellyjeva in Treujeva ekipa sta uporabila različne modele in razlike med modeli predstavljajo velik del negotovosti v njihovih vrednostih za Hubblovo konstanto.

Finding a consistent constant

»Natančnost nizkih meritev Hubblove konstante, predstavljenih tukaj, preprosto ni dovolj, da bi nasprotovali višji vrednosti SH0ES,« pravi Daniel Mortlock z Imperial Collegea v Londonu, ki prav tako ni bil vključen v raziskavo.

Kljub temu Mortlock meni, da je ta izračun Hubblove konstante iz meritve časovne zakasnitve supernove mejnik. Doslej je bilo odkritih le nekaj supernov z lečo, toda v prihodnjih letih, ko bo Opazovalnica Vera C. Rubin v Čilu, ki ima ogromen 8.4-metrski raziskovalni teleskop, pride na splet, bi se moralo število odkritij supernov z lečami dramatično povečati.

"Ljubo" delo

»Na splošno mislim, da je izvedba te meritve čudovito delo, vendar je morda najbolj vznemirljiv vidik tega obljuba prihodnosti, saj bodo raziskave, kot je Rubin, odkrile veliko več sistemov te vrste,« pravi Mortlock.

S povečanim številom supernov z lečo bo prišla večja natančnost pri meritvah Hubblove konstante, kar bo pomagalo zmanjšati stolpce napak in potrdilo, ali ti podatki podpirajo rezultate Plancka ali SH0ES. Nekateri teoretiki so celo predlagal novo fiziko morda potrebna za razlago Hubblove napetosti, ob predpostavki, da je resnična in ne neprepoznana sistematična napaka v opazovanjih.

"Očitno je potrebna večja natančnost, da bi prispevali k razrešitvi Hubblove napetosti," zaključuje Treu. "Toda to je pomemben prvi korak."

Raziskava je opisana v Znanost.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• Kupujte in prodajajte delnice podjetij pred IPO s PREIPO®. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/