Насколько быстро расширяется Вселенная? На этот вопрос астрономы не смогли точно ответить. У них есть название для скорости расширения Вселенной: постоянная Хаббла или закон Хаббла. Но измерения продолжают выдвигаться с различными значениями, и астрономы обсуждали эту проблему в течение десятилетий.
Основная идея измерения постоянной Хаббла состоит в том, чтобы посмотреть на удаленные источники света, обычно это тип сверхновых или переменных звезд, называемых «стандартными свечами», и измерить красное смещение их света. Но независимо от того, как астрономы это делают, они не могут придумать согласованную ценность, только диапазон значений. Новое исследование, включающее квазары и гравитационное линзирование, может помочь решить проблему.
То, что Вселенная расширяется, не подвергается сомнению. Мы знаем это около 100 лет. Свет от далеких галактик смещается в красный цвет, когда они удаляются от нас, и измерение этого красного смещения привело к различным значениям универсального расширения.
«Постоянная Хаббла закрепляет физический масштаб вселенной».
Саймон Биррер, постдокторант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор исследования.
Скорость расширения измеряется в километрах в секунду на мегапарсек и записывается как (км / с) / Мпк. Так, например, что-то расширяющееся со скоростью 10 (км / с) / Мпк означает, что две точки в пространстве на расстоянии 1 мегапарсек (что эквивалентно 3,26 миллиона световых лет) разлетаются друг от друга со скоростью 10 километров на второй.
Когда он был впервые обнаружен в 1920-х годах, скорость расширения считалась равной 625 к / с / Мпк. Но начиная с 1950-х годов, лучшие исследования показали, что он составляет менее 100 кпс / Мпк. В последние несколько десятилетий во многих исследованиях измеряли скорость расширения и достигли скоростей от 67 до 77 к / с / Мпк.
Но наука не примет множество ответов за то, что должно иметь одно значение. Это не была бы наука, если бы это было так. Поэтому ученые продолжают пытаться различными способами измерить постоянную Хаббла, чтобы понять, могут ли они сделать это правильно, потому что постоянная Хаббла - это больше, чем просто измерение расширения вселенной.
«Константа Хаббла привязывает физический масштаб вселенной», - сказал Саймон Биррер, постдокторант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор исследования. Без точного значения постоянной Хаббла астрономы не могут точно определить размеры удаленных галактик, возраст Вселенной или историю расширения космоса. Так что сделать это правильно - большое дело.
Новое исследование, только что опубликованное в «Ежемесячных уведомлениях» Королевского астрономического общества, пытается использовать новый метод измерения постоянной Хаббла. Исследование возглавляет команда астрономов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и опирается на далекие квазары, чей свет подвергается гравитационному линзированию до того, как он достигает Земли.
Квазары - это сверхяркие объекты. Их также называют активными ядрами галактик, потому что считается, что они вызваны сверхмассивными черными дырами в центре галактик. Электромагнитное излучение, которое они излучают, вызвано закрученным аккреционным диском вокруг черной дыры. Поскольку диск материи вокруг отверстия ускоряется, он испускает огромное количество энергии.
Поскольку квазары очень светящиеся, их можно увидеть с огромных расстояний. Это делает их не только увлекательными объектами изучения, но и полезными в качестве маркеров для изучения закона Хаббла.
Гравитационное линзирование происходит, когда источник света от чрезвычайно удаленного объекта, квазары в этом исследовании, сталкивается с галактикой, находящейся внутри, до того, как он достигает наблюдателей на Земле. Чрезвычайной массы галактики достаточно, чтобы изогнуть свет, подобно стеклянной линзе. Результатом является своего рода эффект «дома зеркал». Изображение ниже показывает, как это выглядит. Открытие гравитационного линзирования наиболее тесно связано с Эйнштейном, хотя оно наблюдалось только в 1979 году.
Это исследование сфокусировано на двойных квазарах. Двойной квазар, иногда называемый двойным квазаром, - это не два квазара, расположенных близко друг к другу, а скорее эффект гравитационного линзирования. С двойным квазаром, их свет направляется вокруг галактики до достижения Земли, создавая два изображения квазара. Ни одно предыдущее исследование не использовало их, чтобы попытаться определить скорость расширения Вселенной.
Поскольку свет от квазара изгибается вокруг галактики, создающей два изображения одного и того же квазара, он создает уникальную возможность наблюдения. Свет, который создает отдельные изображения квазара, проходит свой путь к каждому изображению. Поскольку свет от квазара колеблется, между каждым мерцанием в каждом из двух изображений возникает задержка.
Измеряя временную задержку между мерцаниями и зная массу промежуточной галактики, команда выявила расстояния между Землей, линзирующей галактикой и квазаром. Знание красных смещений квазара и галактики позволило ученым оценить, насколько быстро расширяется Вселенная.
Это исследование было сосредоточено на двойном квазаре, названном SDSS J1206 + 4332, а также опиралось на данные космического телескопа Хаббла, Близнецов и В.М. Обсерватории Keck и из Космологического Мониторинга гравитационных линз, или сети COSMOGRAIL. Команда провела несколько лет, ежедневно снимая изображения двойного квазара, что дало им очень точные измерения задержки времени между мерцаниями. В сочетании с другими данными это дало астрономам одно из лучших измерений постоянной Хаббла.
«Прелесть этого измерения в том, что оно очень хорошо дополняет и не зависит от других», - сказал Томассо Треу, профессор физики и астрономии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и старший автор статьи.
Итак, как быстро это расширяется?
«… Вселенная немного сложнее.
Томассо Треу, профессор физики и астрономии в Калифорнийском университете.
Команда определила значение постоянной Хаббла в 72,5 километра в секунду на мегапарсек. Это ставит его в соответствие с другими измерениями, которые использовали отдаленные сверхновые в качестве стандартных свечей для измерения постоянной Хаббла. Но это примерно на 7% выше, чем измерения, которые основаны на космическом микроволновом фоне для его измерения.
Это не конец дебатов по поводу закона Хаббла. Между методами измерения все еще есть ноющая разница. Что это значит? «Если существует реальная разница между этими значениями, это означает, что вселенная немного сложнее», - сказал Треу. Треу также сказал, что одно из измерений или даже все три неверны.
Команда собирается упорствовать с их методом измерения квазар-линзирования. Они смотрят на 40 четырехкратных квазаров, чтобы, надеюсь, дать им еще более точное измерение скорости расширения Вселенной.
Источники:
- Научно-исследовательская работа: H0LiCOW - IX. Космографический анализ квазара SDSS 1206 + 4332 с двойным изображением и нового измерения постоянной Хаббла
- Пресс-релиз UCLA: видение двойника может помочь разрешить спор о том, как быстро расширяется вселенная
- H0LiCOW
- Статья в Википедии: Закон Хаббла
