Prawie każdy pomiar astronomiczny zależy od stałej Hubble'a, liczby, która oblicza ekspansję Wszechświata. Potwierdza to, że Wszechświat ma jeszcze od 12 do 14 miliardów lat.
Krytycznie ważna liczba określająca szybkość ekspansji Wszechświata, tak zwana stała Hubble'a, została niezależnie ustalona za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. Ta nowa wartość odpowiada ostatnim pomiarom przy użyciu innych metod i rozszerza ich ważność na większe odległości, umożliwiając astronomom badanie wcześniejszych epok w ewolucji Wszechświata.
„Powodem, dla którego ten wynik jest tak znaczący, jest to, że potrzebujemy stałej Hubble'a, aby powiedzieć nam o wielkości Wszechświata, jego wieku i ilości zawartej w nim materii”, powiedział Max Bonamente z Marshall Space Flight Center (MSFC) w Huntsville w NASA, Ala., Główny autor w pracy opisującej wyniki. „Astronomowie absolutnie muszą ufać tej liczbie, ponieważ używamy jej do niezliczonych obliczeń.”
Stałą Hubble'a oblicza się, mierząc prędkość, z jaką obiekty oddalają się od nas i dzieląc przez ich odległość. Większość wcześniejszych prób ustalenia stałej Hubble'a polegała na zastosowaniu wieloetapowej lub drabinkowej odległości, w której odległość od pobliskich galaktyk jest wykorzystywana jako podstawa do określania większych odległości.
Najczęstszym podejściem było użycie dobrze zbadanego typu gwiazdy pulsującej znanej jako zmienna Cefeid w połączeniu z bardziej odległymi supernowymi do śledzenia odległości we Wszechświecie. Naukowcy stosujący tę metodę i obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a byli w stanie zmierzyć stałą Hubble'a z dokładnością do 10%. Jednak tylko niezależne kontrole dałyby im pewność, jakiej pragnęli, biorąc pod uwagę, że większość naszego zrozumienia Wszechświata pozostaje w równowadze.
Łącząc dane rentgenowskie z Chandra z obserwacjami radiowymi gromad galaktyk, zespół określił odległości do 38 gromad galaktyk w odległości od 1,4 miliarda do 9,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Te wyniki nie zależą od tradycyjnej drabiny odległości. Bonamente i jego koledzy stwierdzili, że stała Hubble'a wynosi 77 kilometrów na sekundę na megaparsek (megaparsek wynosi 3,26 miliona lat świetlnych), z niepewnością około 15%.
Ten wynik zgadza się z wartościami ustalonymi przy użyciu innych technik. Wcześniej ustalono, że stała Hubble'a wynosi 72, daje lub zajmuje 8 kilometrów na sekundę na kiloparsek na podstawie obserwacji z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Nowy wynik Chandra jest ważny, ponieważ stanowi niezależne potwierdzenie, że naukowcy szukają i ustala wiek Wszechświata między 12 a 14 miliardami lat.
„Te nowe wyniki są całkowicie niezależne od wszystkich poprzednich metod pomiaru stałej Hubble'a” - powiedział członek zespołu Marshall Joy z MSFC.
Astronomowie wykorzystali zjawisko znane jako efekt Sunyaeva-Zeldovicha, w którym fotony w kosmicznym tle mikrofalowym (CMB) oddziałują z elektronami w gorącym gazie, który przenika ogromne gromady galaktyk. Fotony pozyskują energię z tej interakcji, która zniekształca sygnał z tła mikrofalowego w kierunku skupisk. Wielkość tego odkształcenia zależy od gęstości i temperatury gorących elektronów oraz wielkości fizycznej gromady. Za pomocą teleskopów radiowych do pomiaru zniekształceń tła mikrofalowego i Chandra do pomiaru właściwości gorącego gazu można określić fizyczny rozmiar gromady. Na podstawie tego rozmiaru fizycznego i prostego pomiaru kąta skupionego przez klaster można wykorzystać reguły geometrii do ustalenia jego odległości. Stała Hubble'a jest określana poprzez podzielenie wcześniej zmierzonych prędkości skupień przez te nowo wyprowadzone odległości.
Projekt ten był wspierany przez projektanta lustra teleskopu Chandry, Leona Van Speybroecka, który zmarł w 2002 roku. Fundament założono, gdy członkowie zespołu John Carlstrom (University of Chicago) i Marshall Joy uzyskali dokładne pomiary radiowe zniekształceń w promieniowaniu CMB za pomocą radia teleskopy w Berkeley-Illinois-Maryland Array i Caltech Owens Valley Radio Observatory. Aby zmierzyć dokładne właściwości rentgenowskie gazu w tych odległych gromadach, potrzebny był kosmiczny teleskop rentgenowski o rozdzielczości i czułości Chandra.
„To był jeden z celów Leona, aby ten projekt się wydarzył, i jestem bardzo dumny z tego, jak to się urzeczywistnia” - powiedział Martin Weisskopf, naukowiec z Chandra Project.
Wyniki zostały opisane w artykule opublikowanym w The Astrophysical Journal z 10 sierpnia. MSFC zarządza programem Chandra dla Dyrekcji Misji Naukowej agencji. Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje naukę i operacje lotnicze z Chandra X-ray Center, Cambridge, Massachusetts.
Oryginalne źródło: Chandra News Release
