Predstavitev evolucije vesolja v 13,77 milijarde let. Skrajno levo prikazuje najzgodnejši trenutek, ki ga lahko zdaj preučimo, ko je obdobje “inflacije” sprožilo izbruh eksponentne rasti v vesolju. (Velikost je na tej sliki predstavljena z navpičnim robom mreže.) Naslednjih nekaj milijard let se je širitev vesolja postopoma upočasnila, saj se je snov v vesolju z gravitacijo vlekla vase. V zadnjem času se je širitev spet začela pospeševati, saj neugodni učinki temne energije prevladujejo nad širjenjem vesolja. kredit: NASA-in Goddard Space Flight Center

Konvergenca treh desetletij opazovanj vesoljskega teleskopa o natančni vrednosti Hubblove konstante

Znanost bo zabeležila zgodovino, da je bilo odkritje stopnje širjenja vesolja veliki sveti gral kozmologije 20. stoletja. Brez kakršnih koli opazovalnih dokazov o širjenju, krčenju ali mirujočem prostoru ne bi imeli pojma, ali vesolje prihaja ali odhaja. Poleg tega ne bi imeli pojma o njegovi starosti – ali res, če bi bilo vesolje večno.

Prvo dejanje tega razkritja se je zgodilo, ko je pred stoletjem ameriški astronom Edwin Hubble odkril številne galaksije zunaj naše domače galaksije. galaksija, In galaksije niso bile statične. Hubble je ugotovil, da dlje kot je galaksija, hitreje se zdi, da se oddaljuje od nas. Lahko ga opišemo kot enakomerno širjenje prostora. Hubble je celo rekel, da je proučeval galaksije le kot “označevalce vesolja”. Vendar ga ideja o enakomerno razširjajočem se vesolju ni povsem prepričala. Sumil je, da bi njegove meritve lahko bile dokaz nečesa večje asimetrije v vesolju.

Desetletja po Hubblu so astronomi trdo delali, da bi ugotovili stopnjo širjenja, ki bi dala pravo starost vesolja. To zahteva sestavljanje niza kozmičnih razdalj, zbranih iz virov, v katere astronomi razumno zaupajo v njihovo notranjo svetlost. so najsvetlejši in zato najbolj oddaljeni zaznavni označevalci milj Tip Ia Supernova,

kdaj Vesoljski teleskop Hubble Stopnja širjenja vesolja, ki je bila lansirana leta 1990, je bila tako negotova, da je lahko njegova starost le 8 milijard let ali celo 20 milijard let.

Po 30 letih natančnega dela z izkoriščanjem izjemne opazovalne moči Hubblovega teleskopa je več skupin astronomov zmanjšalo stopnjo širitve na nekaj več kot 1% natančnosti. Z njim je mogoče napovedati, da se bo vesolje v 10 milijardah let podvojilo.

Merjenje je približno osemkrat natančnejše od pričakovane zmogljivosti Hubbla. Vendar je za kozmologe postalo veliko več kot le izpopolnjevanje števila. Medtem se razkrije skrivnost temne energije, ki ločuje vesolje. Da bi stvari še bolj zakomplicirali, je trenutna stopnja širjenja drugačna od tiste, ki bi jo pričakovali, saj se je vesolje pojavilo kmalu po velikem poku.

Mislili bi, da bi to motilo astronome, a namesto tega odpira vrata odkritju nove fizike in postavlja nepričakovana vprašanja o osnovnem delovanju vesolja. In končno, da nas spomni, da se moramo med zvezdami veliko naučiti.

Vse galaksije v tej zbirki 36 slik iz Nasinega vesoljskega teleskopa Hubble gostijo tako spremenljivke Cepheid kot supernove. Ta dva nebesna pojava sta pomembna orodja, ki jih uporabljajo astronomi za določanje astronomskih razdalj in za izboljšanje naših meritev Hubblove konstante, stopnje širjenja vesolja.
Galaksije, prikazane na tej fotografiji (od zgornje vrstice, od leve do spodnje vrstice, desno), so: NGC 7541, NGC 3021, NGC 5643, NGC 3254, NGC 3147, NGC 105, NGC 2608, NGC 3583, NGC 3583, Mr. NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 3972, Antenna Galaxy, NGC 5584, M106, NGC 7250, NGC 3370, NGC 5728 , NGC 4424, NGC 1559, NGC 3982, NGC 1448, NGC 4680, M101, NGC 1365, NGC 7329 in NGC 3447.
Zasluge: NASA, ESA, Adam G. Rees (STScI, JHU)

Hubble je dosegel nov mejnik v skrivnosti stopnje širjenja vesolja

NASAVesoljski teleskop Hubble je zaključil skoraj 30-letni maraton s kalibracijo več kot 40 “označevalcev milj” prostora in časa, da bi znanstvenikom pomagal natančno izračunati stopnjo širjenja vesolja – misija z zapletom.

Odkritje stopnje širjenja vesolja se je začelo v dvajsetih letih prejšnjega stoletja z meritvami astronomov Edwina P. Hubbla in Georgesa Lematra. Leta 1998 je “odkril”temna energija, skrivnostna odbojna sila, ki pospešuje širjenje vesolja. V zadnjih letih so astronomi po zaslugi podatkov Hubbla in drugih teleskopov dobil še en čuden zasuk: neskladje med izmerjenimi stopnjami širjenja v lokalnem vesolju v primerjavi z neodvisnimi opazovanji takoj po veliki pokki predvideva drugačno vrednost razširitve.

Razlog za to neskladje je a skrivnost, Toda Hubblovi podatki, vključno z različnimi kozmičnimi objekti, ki služijo kot označevalci razdalje, podpirajo idejo, da se dogaja nekaj nenavadnega, kar morda vključuje popolnoma novo fiziko.

“Najbolj natančno merjenje stopnje širjenja vesolja dobivate s teleskopi in z zlatim standardom kozmičnih milj,” je dejal nobelov nagrajenec Adam Rees z Znanstvenega inštituta za vesoljske teleskope (STSCI) in univerze Johns Hopkins v Baltimoru, Maryland. ,

Rees vodi znanstveno sodelovanje, ki raziskuje stopnjo širjenja vesolja, imenovano Shoes, ki je rezultat supernove H. pomeni₀, za enačbo stanja temne energije. “Vesoljski teleskop Hubble je bil zgrajen za to z uporabo najboljših tehnologij, ki jih poznamo. Verjetno je Hubblova mojstrovina, saj bi podvojitev velikosti tega vzorca zahtevala še 30 let Hubblovega življenja.” , je dejal Rees.

Prispevek Reesove ekipe bo objavljen v posebni številki The Astrophysical Journal Poročilo je zaključilo največjo in verjetno zadnjo večjo posodobitev Hubblove konstante. Novi rezultati so več kot dvakrat večji od prejšnjega vzorca označevalcev kozmičnih razdalj. Njegova ekipa je tudi ponovno analizirala vse prejšnje podatke, ki zdaj vključujejo več kot 1000 Hubblovih orbit v celotnem naboru podatkov.

Ko si je NASA v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja zamislila velik vesoljski teleskop, je bila ena od glavnih utemeljitev stroškov in izjemnih tehnoloških naporov, da bi lahko razrešili cefeide, zvezde, ki občasno svetijo in zatemnijo, ki jih vidimo znotraj naše Rimske ceste in zunanjih galaksij. Cefeidi so že dolgo zlati standard kozmičnih milj, saj je njihovo uporabnost leta 1912 odkrila astronomka Henrietta Swan Levitt. Za izračun zelo velikih razdalj astronomi uporabljajo eksplodirajoče zvezde, imenovane supernove tipa Ia.

Ti objekti skupaj tvorijo “lestev kozmičnih razdalj” po vsem vesolju in so bistveni za merjenje stopnje širjenja vesolja, ki se imenuje Hubblova konstanta po Edwinu Hubblu. Ta vrednost je pomembna za oceno starosti vesolja in zagotavlja osnovni preizkus našega razumevanja vesolja.

Takoj po Hubblovi izstrelitvi leta 1990 sta prvi niz opazovanj zvezd Cepheid za izboljšanje Hubblove konstante izvedli dve ekipi: ključni projekt HST, ki so ga vodili Wendy Friedman, Robert Kenickt in Jeremy Mould, Mark Aaronson in drugi Allen. Izdelal Sandage . sodelavci, ki so Cefeide uporabili kot označevalnike milj za izboljšanje meritev razdalje do bližnjih galaksij. V zgodnjih 2000-ih so ekipe uporabljale . Razglašeno za “Misija dokončana” natančnost 10 odstotkov za Hubblovo konstanto, 72 plus ali minus 8 kilometrov na sekundo na megaparsec.

Leta 2005 in še enkrat leta 2009 je dodatek zmogljivih novih kamer na teleskopu Hubble sprožil “2. generacijo” Hubblovega nadaljnjega raziskovanja, saj so ekipe odločene, da bodo vrednost izboljšale na samo en odstotek natančnosti. Otvoril ga je program Shoes Program. Več skupin astronomov, ki uporabljajo Hubble, vključno s SHOES, je pretvorilo Hubblovo konstantno vrednost na 73 plus ali minus 1 kilometer na sekundo na megaparsec. Medtem ko so bile za raziskovanje Hubblove konstante uporabljene druge metode, so različne ekipe prišle do vrednosti, ki so blizu istemu številu.

Ekipa SHOES vključuje dr. Wenlong Yuan, dr. Lucas Macri, dr. Stefano Casertano in dr. Vključen je Dan Skolnik. Projekt je bil zasnovan tako, da se vesolje ujema z natančnostjo Hubblove konstante, ocenjeno iz študije kozmično mikrovalovno ozadje Sevanje, ki je ostalo od zore vesolja.

“Hubblova konstanta je zelo posebna številka. Z njo lahko vpeljemo v iglo od preteklosti do sedanjosti, da preizkusimo naše razumevanje vesolja od konca do konca. Ko že govorimo o delu ekipe Shoes, “Potreboval je izjemno veliko podrobnega dela,« je povedala dr. Licia Verde, kozmologinja na ICREA in ICC-Barcelonski univerzi.

Ekipa je s Hubblom izmerila 42 označevalcev kilometrskih stebrov supernove. Ker jih opazimo, da eksplodirajo s hitrostjo približno ena na leto, je Hubble za vse praktične namene zabeležil čim več supernov, da bi izmeril širitev vesolja. “Imamo popoln vzorec vseh supernov, ki so dostopne Hubblovemu teleskopu in so jih opazili v zadnjih 40 letih,” je dejal Rees. Tako kot besedilo za “Kansas City” Broadway Musicala OklahomaHubble “je šel tako daleč, kolikor lahko!”

Čudna fizika?

Hitrost širjenja vesolja naj bi bila počasnejša od tistega, kar je Hubble dejansko opazil. Z združevanjem standardnega kozmološkega modela vesolja in meritev misije Planck Evropske vesoljske agencije (ki je opazovala preostalo kozmično mikrovalovno ozadje izpred 13,8 milijarde let) astronomi napovedujejo nizko vrednost Hubblove konstante: 67,5 plus ali minus 0,5 kilometra na sekundo na megaparsec v primerjavi z oceno ekipe SHOES 73.

Glede na Hubblovo veliko velikost vzorca obstaja le ena na milijon možnosti, da se astronomi zmotijo ​​zaradi zloveščega žrebanja, je dejal Rees, ki je običajen prag za resno jemanje problema v fiziki. To odkritje se oblikuje kot dobra in dobro organizirana slika dinamičnega razvoja vesolja. Astronomi ne morejo razložiti razlage med hitrostjo širjenja primordialnega vesolja v primerjavi z lokalnim vesoljem, vendar lahko odgovor vključuje dodatno fiziko vesolja.

Takšne zavajajoče ugotovitve so naredile življenje bolj razburljivo za kozmologe, kot je Rees. Pred tridesetimi leti so začeli meriti Hubblovo konstanto za primerjavo vesolja, zdaj pa je postalo še bolj zanimivo. “Resnično, vseeno mi je, kakšna je vrednost razširitve, vendar jo rad uporabljam za učenje o vesolju,” je dejal Rees.

Nasin novi vesoljski teleskop Webb bo razširil Hubblovo delo s prikazom teh kozmičnih označevalcev milj na večji razdalji ali hitrejši ločljivosti kot Hubble.

Referenca: Adam G. “Celovita meritev lokalne vrednosti Hubblove konstante z negotovostjo 1 km/s/Mpc iz vesoljskega teleskopa Hubble in ekipe SH0ES” Rees, Wenlong Yuan, Lucas M. Macri, Dan Schonick, Dillon Brout, Stefano Casertano, David O. Jones, Yukei Murakami, Lewis Breuvel, Thomas G. Brink, Alexey V. Filipenko, Samantha Hoffman, Saurabh W. Jha, W. D’Arcy Kenworthy, John McEnty, Benjamin E. Stahl in Weikang Zheng, odobreno, The Astrophysical Journal,
arXiv: 2112.04510

Vesoljski teleskop Hubble je projekt mednarodnega sodelovanja med Naso in ESA (Evropska vesoljska agencija). Nasin center za vesoljske lete Goddard v Greenbeltu v Marylandu upravlja teleskop. Znanstveni inštitut za vesoljski teleskop (STScI) v Baltimoru v Marylandu izvaja Hubblove znanstvene operacije. STScI v NASA v Washingtonu, DC. izvaja Združenje univerz za raziskave v astronomiji v