Название «темная энергия» - это просто место для силы - какой бы она ни была - которая заставляет Вселенную расширяться. Новые наблюдения нескольких переменных звезд Цефеиды с помощью космического телескопа Хаббла позволили уточнить измерение нынешней скорости расширения Вселенной до точности, при которой погрешность составляет менее пяти процентов. Новое значение скорости расширения, известное как постоянная Хаббла, или H0 (после того, как Эдвин Хаббл впервые измерил расширение Вселенной почти сто лет назад), составляет 74,2 километра в секунду на мегапарсек (погрешность ± 3,6). Результаты находятся в тесном согласии с более ранними измерениями, полученными из Хаббла 72 ± 8 км / с / мегапарсек, но теперь более чем в два раза точнее.
Измерение Хаббла, проведенное командой SHOES (Supernova H0 для уравнения состояния) и возглавляемой Адамом Риссом из Научного института космического телескопа и Университета Джона Хопкинса, использует ряд усовершенствований для оптимизации и усиления построения космического пространства. «Лестница расстояния», длиной в миллиард световых лет, которую астрономы используют для определения скорости расширения Вселенной.
Наблюдения Хаббла пульсирующих переменных Цефеиды в ближайшем маркере космической мили, галактике NGC 4258 и в галактиках-хозяевах последних сверхновых звезд, напрямую связывают эти показатели расстояния. Использование Хаббла для соединения этих ступеней в лестнице устранило систематические ошибки, которые почти неизбежно возникают при сравнении измерений с разных телескопов.
Рисс объясняет новую технику: «Это все равно, что измерять здание длинной рулеткой вместо того, чтобы перемещать конец ярда через конец. Вы избегаете смешивания маленьких ошибок, которые вы делаете каждый раз, когда вы перемещаете критерий. Чем выше здание, тем больше ошибка ».
Лукас Макри, профессор физики и астрономии в Texas A & M и значительный вклад в результаты, сказал: «Цефеиды являются основой дистанционной лестницы, потому что их периоды пульсации, которые легко наблюдать, напрямую коррелируют с их светимостью. Еще одним усовершенствованием нашей лестницы является тот факт, что мы наблюдали цефеиды в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра, где эти переменные звезды являются лучшими индикаторами расстояния, чем на оптических длинах волн ».
Это новое, более точное значение постоянной Хаббла было использовано для проверки и ограничения свойств темной энергии, формы энергии, которая создает в космосе силу отталкивания, которая вызывает ускорение скорости расширения Вселенной.
Заключив историю расширения Вселенной между сегодняшним днем и когда ей было всего лишь около 380 000 лет, астрономы смогли наложить ограничения на природу темной энергии, которая вызывает ускорение расширения. (Измерение для далекой, ранней Вселенной получено из флуктуаций космического микроволнового фона, как было решено с помощью микроволнового анизотропного зонда НАСА Wilkinson, WMAP, в 2003 г.
Их результат согласуется с простейшей интерпретацией темной энергии: она математически эквивалентна гипотетической космологической константе Альберта Эйнштейна, введенной столетие назад, чтобы толкнуть ткань космоса и предотвратить коллапс Вселенной под действием силы тяжести. (Эйнштейн, однако, удалил константу, как только Эдвин Хаббл открыл расширение вселенной.)
«Если вы положите в коробку все способы, которыми темная энергия может отличаться от космологической постоянной, эта коробка теперь будет в три раза меньше», - говорит Рисс. «Это прогресс, но нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы определить природу темной энергии».
Хотя космологическая константа была задумана очень давно, данные наблюдений за темной энергией появились только 11 лет назад, когда два исследования, одно из которых было проведено Риссом и Брайаном Шмидтом из обсерватории Маунт Стромло, а другое - Солом Перлмуттером из Лоуренса Беркли Национальная лаборатория открыла темную энергию самостоятельно, частично благодаря наблюдениям Хаббла. С тех пор астрономы проводят наблюдения, чтобы лучше охарактеризовать темную энергию.
Подход Рисса к сужению альтернативных объяснений темной энергии - будь то статическая космологическая постоянная или динамическое поле (например, сила отталкивания, которая привела к инфляции после большого взрыва) - заключается в дальнейшем уточнении измерений истории расширения Вселенной.
До запуска Хаббла в 1990 году оценки постоянной Хаббла варьировались в два раза. В конце 1990-х годов ключевой проект космического телескопа Хаббла по внегалактической шкале расстояний уточнил значение постоянной Хаббла до погрешности всего около десяти процентов. Это было достигнуто путем наблюдения переменных цефеид на оптических длинах волн на большие расстояния, чем было получено ранее, и сравнения их с аналогичными измерениями наземных телескопов.
Команда SHOES использовала ближнюю инфракрасную камеру Хаббла и многообъектный спектрометр (NICMOS) и усовершенствованную камеру для исследований (ACS), чтобы наблюдать 240 переменных звезд Цефеиды в семи галактиках. Одной из этих галактик была NGC 4258, расстояние которой было очень точно определено с помощью наблюдений с помощью радиотелескопов. В других шести галактиках недавно находились сверхновые типа Ia, которые являются надежными индикаторами расстояний для дальнейших измерений во Вселенной. Все сверхновые типа Ia взрываются с почти одинаковым количеством энергии и поэтому имеют почти одинаковую собственную яркость.
Наблюдая за цефеидами с очень похожими свойствами на длинах волн, близких к инфракрасному, во всех семи галактиках и используя один и тот же телескоп и инструмент, команда смогла более точно откалибровать светимость сверхновых. Благодаря мощным возможностям Хаббла команда смогла обойти некоторые самые шаткие ступени вдоль предыдущей дистанционной лестницы, связанные с неопределенностью в поведении цефеид.
В конечном итоге Риссу хотелось бы, чтобы постоянная Хаббла была уточнена до значения с погрешностью не более одного процента, чтобы наложить еще более жесткие ограничения на решения темной энергии.
Источник: Научный институт космического телескопа
