Ten wykres ilustruje zależność okresu cefeid od jasności, którą naukowcy wykorzystują do obliczenia wielkości, wieku i szybkości rozszerzania się Wszechświata. Źródło: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Jak szybko rozwija się nasz Wszechświat? Przez dziesięciolecia stosowano różne szacunki i gorące dyskusje na temat tych przybliżeń, ale teraz dane z Teleskopu Kosmicznego Spitzer dostarczyły najbardziej precyzyjny jak dotąd pomiar stałej Hubble'a lub szybkości, z jaką nasz wszechświat się rozciąga. Wynik? Wszechświat powiększa się nieco szybciej niż wcześniej sądzono.
Nowo udoskonalona wartość stałej Hubble'a wynosi 74,3 plus minus 2,1 kilometra na sekundę na megaparsek.
Najbardziej poprzednie oszacowanie pochodzi z badania z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, przy prędkości 74,2 plus lub minus 3,6 kilometra na sekundę na megaparsek. Megaparsek ma około 3 miliony lat świetlnych.
Aby dokonać nowych pomiarów, naukowcy Spitzer przyjrzeli się pulsującym gwiazdom zwanym cefiedem zmiennym, wykorzystując możliwość ich obserwacji w świetle podczerwonym o długiej fali. Ponadto odkrycia połączono z wcześniej opublikowanymi danymi z sondy anizotropii mikrofalowej Wilkinson NASA (WMAP) na temat ciemnej energii. Naukowcy twierdzą, że nowa determinacja obniża niepewność do 3 procent, co stanowi ogromny skok w dokładności pomiarów kosmologicznych.
WMAP uzyskał niezależny pomiar ciemnej energii, która, jak się uważa, wygrywa bitwę przeciwko grawitacji, rozszczepiając strukturę wszechświata. Badania oparte na tym przyspieszeniu przyniosły badaczom nagrodę Nobla z 2011 roku w dziedzinie fizyki.
Stała Hubble'a została nazwana na cześć astronoma Edwina P. Hubble'a, który zadziwił świat w latach dwudziestych, potwierdzając, że nasz wszechświat się rozszerza, odkąd wybuchł 13,7 miliarda lat temu. Pod koniec lat 90. astronomowie odkryli, że ekspansja przyspiesza lub przyspiesza z czasem. Określenie szybkości ekspansji ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia wieku i wielkości wszechświata.
„To wielka łamigłówka”, powiedziała główna autorka nowego badania, Wendy Freedman z Obserwatoriów Carnegie Institution for Science w Pasadenie. „To ekscytujące, że mogliśmy używać Spitzera do rozwiązywania podstawowych problemów w kosmologii: dokładnego tempa, w jakim wszechświat rozszerza się w obecnym czasie, a także mierzenia ilości ciemnej energii we wszechświecie pod innym kątem”. Freedman poprowadził przełomowe badanie Teleskopu Kosmicznego Hubble'a, które wcześniej mierzyło stałą Hubble'a.
Glenn Wahlgren, naukowiec programu Spitzer w centrali NASA w Waszyngtonie, powiedział, że lepsze widoki cefeidów pozwoliły Spitzerowi poprawić wcześniejsze pomiary stałej Hubble'a.
„Te pulsujące gwiazdy są istotnymi szczeblami w tym, co astronomowie nazywają kosmiczną drabiną odległości: zestaw obiektów o znanych odległościach, które w połączeniu z prędkościami, z którymi obiekty się od nas oddalają, ujawniają tempo ekspansji wszechświata”, powiedział Wahlgren.
Cefeidy mają kluczowe znaczenie dla obliczeń, ponieważ ich odległości od Ziemi można łatwo zmierzyć. W 1908 roku Henrietta Leavitt odkryła, że gwiazdy pulsują w tempie bezpośrednio związanym z ich wewnętrzną jasnością.
Aby uzmysłowić sobie, dlaczego jest to ważne, wyobraź sobie, że ktoś odchodzi od ciebie, niosąc świecę. Im dalej świeca podróżowała, tym bardziej przygasała. Jego pozorna jasność ujawniłaby odległość. Ta sama zasada dotyczy cefeid, standardowych świec w naszym kosmosie. Mierząc, jak jasno wyglądają na niebie, i porównując to ze znaną jasnością, jak gdyby byli blisko, astronomowie mogą obliczyć odległość od Ziemi.
Spitzer zaobserwował 10 cefeid w naszej własnej galaktyce Drogi Mlecznej i 80 w pobliskiej sąsiedniej galaktyce zwanej Wielkim Obłokiem Magellana. Bez kosmicznego pyłu blokującego ich widok zespół badawczy Spitzera był w stanie uzyskać bardziej precyzyjne pomiary pozornej jasności gwiazd, a tym samym ich odległości. Dane te otworzyły drogę do nowego i lepszego oszacowania tempa ekspansji naszego wszechświata.
„Nieco ponad dziesięć lat temu użycie słów„ precyzja ”i„ kosmologia ”w tym samym zdaniu nie było możliwe, a rozmiar i wiek wszechświata nie był lepszy niż współczynnik dwa”, powiedział Freedman. „Teraz mówimy o kilku procentach dokładności. To dość niezwykłe. ”
„Spitzer po raz kolejny robi naukę wykraczającą poza to, do czego został przeznaczony” - powiedział naukowiec projektu Michael Werner z NASA Jet Jet Propulsion Laboratory. Werner pracował nad misją od wczesnej fazy koncepcji ponad 30 lat temu. „Po pierwsze, Spitzer zaskoczył nas swoją pionierską umiejętnością badania atmosfery egzoplanet” - powiedział Werner - „a teraz, w późniejszych latach misji, stał się cennym narzędziem kosmologicznym”.
Badanie pojawia się w czasopiśmie Astrophysical Journal.
Paper on arXiv: Kalibracja stałej Hubble'a w średniej podczerwieni
Źródło: JPL
