Гравітаційне лінзування наднових дає нове значення постійної Хаббла – Physics World

Дослідження того, як світло від далекої наднової лінзується гравітаційно, коли воно подорожує до Землі, було використано для розрахунку нового значення постійної Хаббла – важливого параметра, який описує розширення Всесвіту. Хоча цей останній результат не здивував астрономів, подібні спостереження в майбутньому можуть допомогти нам зрозуміти, чому різні методи досі дали дуже різні значення постійної Хаббла.

Всесвіт розширюється з моменту його створення під час Великого вибуху 13.7 мільярдів років тому. У 1920-х роках американський астроном Едвін Хаббл зауважив, що галактики, розташовані далі від Землі, здається, віддаляються від Землі швидше, ніж галактики, які знаходяться ближче до нас. Він зробив це, вимірявши червоне зміщення світла від цих галактик, тобто розтягнення довжини хвилі світла, яке відбувається, коли об’єкт віддаляється від спостерігача.

Лінійний зв’язок між відстанню та швидкістю, який він виміряв, описується постійною Хаббла, і з тих пір астрономи розробили кілька методів її вимірювання.

Астрономи спантеличені, однак, тому що різні вимірювання дали дуже різні значення постійної Хаббла. Вимірювання космічного мікрохвильового фону (CRB) супутника Європейського космічного агентства Planck дає значення близько 67 км/с/Мпк. Однак вимірювання, що включають спостереження за надновими зірками типу 1a, проведені колаборацією SH0ES, дають значення близько 73 км/с/Мпк. Похибки в цих вимірюваннях становлять близько 1–2%, тому між двома методами існує явна суперечність. Астрономи хочуть знати чому, і з’ясувати, що вони розробляють нові способи вимірювання постійної Хаббла.

Тепер астрономи виміряли постійну Хаббла, використовуючи світло від наднової, яка вибухнула 9.34 мільярда років тому. На шляху до Землі світло пройшло через скупчення галактик і було відхилене величезним гравітаційним полем скупчення, яке сфокусувало світло на Землю. Цей ефект називається гравітаційним лінзуванням.

Розподіл грудкової маси

Нерівний розподіл маси в скупченні створив складне гравітаційне поле, яке спрямувало світло наднової кількома різними шляхами до Землі. Коли наднову вперше спостерігали в 2014 році, вона виглядала як чотири точки світла. Коли чотири точки зникли, через 376 днів з’явилася п’ята. Це світло було затримано через довший шлях, який він пройшов через скупчення.

Протягом цих 376 днів Всесвіт розширювався, а це означає, що довжина хвилі світла, що прибуло пізніше, була червоного зміщення. Вимірюючи це додаткове червоне зміщення, команда під керівництвом Патрік Келлі Університету Міннесоти зміг розрахувати постійну Хаббла. Використовуючи кілька різних моделей розподілу маси для кластерів, команда прийшла до значень константи 64.8 км/с/Мпк або 66.6 км/с/Мпк.

На перший погляд вимірювання затримки часу наднової надає перевагу значенню постійної Хаббла Планка над SH0ES. Однак попередні вимірювання затримки світла квазарів, які спостерігалися H0LiCOW співпраця дає значення 73.3 км/с/Мпк – це ближче до SH0ES.

Хоча це може здатися заплутаним, колега Келлі Томмазо Треу з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі зазначає, що останні результати не дивують.

«Вони не дуже відрізняються», — каже він. «У межах невизначеності це нове вимірювання узгоджується з усіма трьома [Planck, SH0ES і H0LiCOW]».

Шеррі Сую Інституту астрофізики Макса Планка в Німеччині, який керує проектом H0LiCOW і не брав участі в цих нових вимірюваннях затримки часу, також не обов’язково бачить парадокс.

Обіцянка майбутнього

«Це значення [від наднової] отримано від однієї лінзової системи, і, враховуючи її шкали похибок, вимірювання статистично узгоджується з результатами лінзованих квазарів H0LiCOW», — каже вона.

Невизначеність у вимірюванні часу затримки наднової пов’язана з тим, як маса розподілена в галактиці – скільки присутньої темної матерії та баріонної (нормальної) матерії та як вона розподілена по скупченню. Команда Келлі та Треу використовувала різноманітні моделі, і відмінності між моделями формують значну частину невизначеності в їхніх значеннях сталої Хаббла.

Знаходження узгодженої константи

«Точність низьких вимірювань постійної Хаббла, наведених тут, недостатня, щоб сперечатися з вищим значенням SH0ES», — каже Деніел Мортлок Імперського коледжу в Лондоні, який також не брав участі в дослідженні.

Тим не менш, Мортлок вважає, що цей розрахунок постійної Хаббла на основі вимірювання часу затримки наднової є віхою. Поки що було виявлено лише кілька наднових зірок із лінзами, але в найближчі роки, коли Обсерваторія Віри К. Рубін в Чилі, який оснащений гігантським 8.4-метровим оглядовим телескопом, виходить в мережу, кількість відкриттів наднових має різко зрости.

«Симпатична» робота

«Загалом я вважаю, що це чудова робота, щоб зробити це вимірювання, але, мабуть, найбільш захоплюючим аспектом цього є обіцянка майбутнього, оскільки опитування, такі як Rubin, виявлять багато інших систем цього типу», — говорить Мортлок.

Зі збільшенням кількості лінзованих наднових з’явиться більша точність у вимірюваннях сталої Хаббла, що допоможе зменшити смуги похибок і підтвердити, чи підтверджують ці дані результати Planck або SH0ES. Деякі теоретики навіть запропонував нову фіз може знадобитися для пояснення напруги Хаббла, припускаючи, що вона реальна, а не невизнана систематична помилка в спостереженнях.

«Очевидно, що потрібна більша точність, щоб сприяти розв’язанню напруги Хаббла», – підсумовує Треу. «Але це важливий перший крок».

Дослідження описано в наука.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/