Колико брзо се свемир заиста шири? Вишеструки погледи на звезду која експлодира отвара нова питања

Како смо добили овде? где ми то идемо? Колико ће ово трајати? Ова питања су стара колико и само човечанство, и ако су их поставиле друге врсте негде другде у универзуму, вероватно су много старија од тога.

Они су такође нека од основних питања на која покушавамо да одговоримо у проучавању универзума, које се зове космологија. Једна космолошка дилема је колико се брзо свемир шири, што се мери бројем који се зове Хаблова константа. Око тога влада велика напетост.

У два нова рада које је водио мој колега Патрик Кели са Универзитета у Минесоти, успешно смо користили нову технику – која укључује светлост експлодирајуће звезде која је стигла до Земље преко вишеструких цик-цак путева кроз свемир који се шири – за мерење Хаблове константе. Радови су објављени у науке И Астропхисицал Јоурнал.

А ако наши резултати не реше у потпуности напетост, дају нам још један траг – и још питања која треба да поставимо.

Стандардне свеће и свемир који се шири

Од 1920-их знамо да се универзум шири.

Око 1908. године, америчка астрономка Хенриета Левит пронашла је начин да измери унутрашњи сјај једне врсте звезде која се зове променљива Цефеида — не колико су сјајне од Земље, што зависи од удаљености и других фактора, већ колико су сјајне у ствари. Цефиди постају светлији и затамњенији у редовном циклусу, а Левит је показао да је унутрашњи сјај повезан са дужином овог циклуса.

Левитов закон, како се сада назива, омогућава научницима да користе цефеиде као „нормативне свеће“: објекте чија је унутрашња светлост позната и, према томе, њихова удаљеност се може израчунати.

Како ово ради? Замислите да је ноћ, а ви стојите у дугој, мрачној улици са неколико лампи које пролазе низ пут. Сада замислите да сваки стуб има исти тип лампе са истом снагом. Приметићете да далеки изгледају слабији од ближих.

Знамо да светлост бледи пропорционално својој удаљености, у нечему што се зове инверзни квадрат светлости. Сада, када бисте могли да измерите колико вам је светло било светло, и ако бисте заправо знали колико је светло, онда бисте могли да кажете колико је удаљен сваки светлосни стуб.

Године 1929. други амерички астроном, Едвин Хабл, успео је да пронађе велики број ових звезда Цефеида у другим галаксијама и измери растојање између њих – и на основу тих растојања и других мерења, успео је да утврди да се универзум шири.

Различите методе дају различите резултате

Овај стандардни метод свеће је моћан, јер нам омогућава да измеримо огроман универзум. Увек тражимо различите свеће које се могу боље измерити и видети на много већој удаљености.

Неки недавни напори да се измери универзум далеко од Земље, као што је пројекат СХ0ЕС чији сам део, предвођен добитником Нобелове награде Адамом Рисом, користили су кифиде заједно са врстом експлодирајуће звезде која се зове супернова типа Иа, која се такође може користити као стандардна свећа.

Постоје и други начини за мерење Хаблове константе, као што су они који користе космичку микроталасну позадину – светлост или зрачење које је почело да путује кроз универзум убрзо након Великог праска.

Проблем је у томе што се ова два мерења, једно близу коришћењем супернове и кевидида, и једно веома далеко коришћењем микроталасне позадине, разликују за око 10%. Астрономи ову дивергенцију називају Хабловом тензијом и траже нове технике мерења да је реше.

Нова метода: гравитационо сочиво

У нашем новом раду, успешно смо користили нову технику за мерење брзине ширења универзума. Рад је заснован на супернови под називом Супернова Рефсдал.

2014. наш тим је посматрао више слика исте супернове — први пут када је таква „лентикуларна“ супернова примећена. Уместо да види једну супернову, свемирски телескоп Хабл је видео пет!

Како се ово дешава? Светлост из супернове је пуцала у свим правцима, али је путовала кроз свемир изобличен масивним гравитационим пољима огромне групе галаксија, савијајући део путање светлости на такав начин да је завршила на Земљи преко више пута. . Свака супернова на коју наиђемо је другачији пут кроз универзум.

Замислите да три воза напуштају исту станицу у исто време. Међутим, иде се право до следеће станице, један иде широким ходом кроз планине, а други преко обале. Сви они одлазе и стижу на исте станице, али путују на различита путовања и тако, док одлазе у исто време, стижу у различито време.

Дакле, наше слике сочива показују исту супернову, која је експлодирала у одређеном тренутку, али свака слика путује другачијим путем. Гледајући долазак сваке супернове на Земљу – од којих се једна догодила 2015. године, након што је звезда која је експлодирала већ примећена – могли смо да измеримо време њиховог путовања, а тиме и колико је свемир порастао док је с био у транзит.

јесмо ли стигли

Ово нам је дало другачију, али јединствену меру раста универзума. У истраживачким радовима открили смо да је ово мерење ближе оном космичке микроталасне позадине, а не оном Цефеида и оближње супернове. Међутим, на основу своје локације, требало би да буде ближе мерењу Цефеиде и супернове.

Иако ово уопште не решава дебату, то нам даје још један траг за разматрање. Могао би да постоји проблем са вредношћу супернове, нашим разумевањем јата и модела галаксија који се могу применити на сочиво или нешто сасвим друго.

Као деца у задњем делу аута на путу који питају „Јесмо ли стигли“, још увек не знамо.