Denne graf illustrerer Cepheid-periode-lysstyrke-forholdet, som forskere bruger til at beregne universets størrelse, alder og ekspansion. Kredit: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Hvor hurtigt ekspanderer vores univers? I løbet af årtierne har der været forskellige estimater brugt og opvarmede debatter over disse tilnærmelser, men nu har data fra Spitzer-rumteleskopet givet den mest præcise måling endnu af Hubble-konstanten, eller den hastighed, som vores univers strækker fra hinanden. Resultatet? Universet bliver større lidt hurtigere end tidligere antaget.
Den nyligt raffinerede værdi for Hubble-konstanten er 74,3 plus eller minus 2,1 kilometer per sekund pr. Megaparsek.
Det mest tidligere skøn kom fra en undersøgelse fra Hubble-rumteleskopet med 74,2 plus eller minus 3,6 kilometer pr. Sekund pr. Megaparsek. En megaparsec er cirka 3 millioner lysår.
For at foretage de nye målinger kiggede Spitzer-forskere på pulserende stjerner kaldet cephied variable stars og drage fordel af at være i stand til at observere dem i infrarødt lys med lang bølgelængde. Derudover blev fundene kombineret med tidligere offentliggjorte data fra NASAs Wilkinson Microbe Anisotropy Probe (WMAP) om mørk energi. Den nye bestemmelse bringer usikkerheden ned til 3 procent, et kæmpe spring i nøjagtighed for kosmologiske målinger, siger forskere.
WMAP opnåede en uafhængig måling af mørk energi, som menes at vinde en kamp mod tyngdekraften og trække universets stof fra hinanden. Forskning baseret på denne acceleration fik forskerne 2011 Nobelprisen i fysik.
Hubble-konstanten er opkaldt efter astronomen Edwin P. Hubble, der forbløffet verden i 1920'erne ved at bekræfte, at vores univers er blevet ekspanderet, siden det eksploderede til at være 13,7 milliarder år siden. I slutningen af 1990'erne opdagede astronomer, at ekspansionen accelererer eller fremskyndes med tiden. Bestemmelse af ekspansionshastigheden er kritisk for at forstå universets alder og størrelse.
”Dette er et kæmpe puslespil,” sagde hovedforfatteren af den nye undersøgelse, Wendy Freedman fra observatorierne i Carnegie-institutionen for videnskab i Pasadena. "Det er spændende, at vi var i stand til at bruge Spitzer til at tackle de grundlæggende problemer i kosmologien: den nøjagtige hastighed, som universet ekspanderer til på det nuværende tidspunkt, samt at måle mængden af mørk energi i universet fra en anden vinkel." Freedman ledede den banebrydende Hubble-rumteleskopundersøgelse, som tidligere havde målt Hubble-konstanten.
Glenn Wahlgren, Spitzer-programvidenskabsmand ved NASAs hovedkvarter i Washington, sagde, at de bedre syn på cepheider gjorde det muligt for Spitzer at forbedre sine tidligere målinger af Hubble-konstanten.
"Disse pulserende stjerner er vitale trin i det, astronomer kalder den kosmiske afstandstige: et sæt objekter med kendte afstande, der, når de kombineres med de hastigheder, hvormed objekterne bevæger sig væk fra os, afslører universets ekspansionshastighed," sagde Wahlgren.
Cepheider er afgørende for beregningerne, fordi deres afstande fra Jorden let kan måles. I 1908 opdagede Henrietta Leavitt disse stjernepuls med en hastighed, der var direkte relateret til deres egen lysstyrke.
For at visualisere, hvorfor dette er vigtigt, kan du forestille dig en person, der går væk fra dig, mens du bærer et lys. Jo længere lyset rejste, jo mere ville det dæmpe. Dens tilsyneladende lysstyrke ville afsløre afstanden. Det samme princip gælder for cepheider, standardlys i vores kosmos. Ved at måle, hvor lyse de ser ud på himlen, og sammenligne dette med deres kendte lysstyrke, som om de var tæt på, kan astronomer beregne deres afstand fra Jorden.
Spitzer observerede 10 cepheider i vores egen Mælkevejsgalakse og 80 i en nærliggende nærliggende galakse kaldet den store magellanske sky. Uden at det kosmiske støv blokerede for deres syn, kunne Spitzer-forskerteamet opnå mere præcise målinger af stjernernes tilsyneladende lysstyrke og dermed deres afstande. Disse data åbnede vejen for et nyt og forbedret skøn over vores universets ekspansionshastighed.
”For lidt over et årti siden var det ikke muligt at bruge ordene 'præcision' og 'kosmologi' i den samme sætning, og universets størrelse og alder var ikke kendt for bedre end en faktor to,« sagde Freedman. ”Nu taler vi om nøjagtigheder på nogle få procent. Det er ganske ekstraordinært. ”
"Spitzer gør endnu en gang videnskab ud over, hvad den var designet til at gøre," sagde projektforsker Michael Werner ved NASAs Jet Propulsion Laboratory. Werner har arbejdet med missionen siden sin tidlige konceptfase for mere end 30 år siden. "Først overrasket Spitzer os med sin banebrydende evne til at studere eksoplanet-atmosfærer," sagde Werner, "og nu, i missionens senere år, er det blevet et værdifuldt kosmologiverktøj."
Undersøgelsen vises i Astrophysical Journal.
Papir om arXiv: En midt-infrarød kalibrering af Hubble-konstanten
Kilde: JPL
