Hvor hurtigt ekspanderer universet? Det er et spørgsmål, som astronomer ikke har været i stand til at svare nøjagtigt. De har et navn på universets ekspansionshastighed: Hubble-konstanten eller Hubbles lov. Men målinger fortsætter med forskellige værdier, og astronomer har debatteret frem og tilbage om dette spørgsmål i årtier.
Den grundlæggende idé bag måling af Hubble-konstanten er at se på fjerne lyskilder, som regel en type supernovaer eller variable stjerner, der kaldes 'standardlys,' og måle det røde skift af deres lys. Men uanset hvordan astronomer gør det, kan de ikke komme med en aftalte værdi, kun en række værdier. En ny undersøgelse, der involverede kvasarer og gravitationslinse, kan hjælpe med at løse problemet.
At universet ekspanderer er ikke i tvivl. Vi har kendt dette i cirka 100 år. Lyset fra fjerne galakser flyttes rød, når de bevæger sig væk fra os, og det at måle det røde skift har frembragt forskellige værdier til universel ekspansion.
"Hubble-konstanten forankrer universets fysiske skala."
Simon Birrer, UCLA postdoktorist og hovedforfatter af undersøgelsen.
Ekspansionshastigheden måles i kilometer per sekund pr. Megaparsec, skrevet som (km / s) / Mpc. Så for eksempel betyder noget, der udvides med en hastighed på 10 (km / s) / Mpc, at to punkter i rummet 1 megaparsek fra hinanden (svarende til 3,26 millioner lysår) løber væk fra hinanden med en hastighed på 10 kilometer pr. anden.
Da den første gang blev opdaget i 1920'erne, blev udvidelsesgraden antaget at være 625 kps / Mpc. Men fra 1950'erne målte bedre forskning det til under 100 kps / Mpc. I de sidste par årtier har flere undersøgelser målt ekspansionshastigheden og kommer med hastigheder mellem ca. 67 og 77 kps / Mpc.
Men videnskab accepterer ikke en række svar for noget, der burde have én værdi. Det ville ikke være videnskab, hvis det gjorde det. Så forskere forsøger fortsat forskellige måder at måle Hubble-konstanten for at se, om de kan få det rigtigt, fordi Hubble-konstanten er mere end bare et mål for udvidelsen af universet.
"Hubble-konstanten forankrer universets fysiske skala," sagde Simon Birrer, en UCLA-postdoktor og hovedforfatter af studiet. Uden en nøjagtig værdi for Hubble-konstanten kan astronomer ikke nøjagtigt bestemme størrelserne på fjerngalakser, universets alder eller kosmos 'ekspansionshistorie. Så det er en stor ting at få det rigtigt.
En ny undersøgelse netop offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society forsøger en ny metode til måling af Hubble-konstanten. Forskningen ledes af et team af astronomer ved UCLA og er afhængig af fjerne kvasarer, hvis lys gennemgår gravitationslinse, før det når jorden.
Kvasarer er ultralyse objekter. De kaldes også aktive galaktiske kerner, fordi de menes at være forårsaget af supermassive sorte huller i centrum af galakser. Den elektromagnetiske stråling, som de udsender, er forårsaget af den hvirvlende beskyttelsesskive omkring det sorte hul. Når skiven med stof omkring hullet fremskyndes, udsender den en enorm mængde energi.
Da kvasarer er så lysende, kan de ses i store afstande. Dette gør dem ikke kun fascinerende studieobjekter, men også nyttige som markører til at studere Hubbles lov.
Gravitationslinsering opstår, når lyskilde fra et ekstremt fjernt objekt, kvasarer i denne undersøgelse, støder på en mellemliggende galakse, før den når observatører på Jorden. Den ekstreme masse af galaksen er tilstrækkelig til at bøje lyset, svarende til den måde, en glaslinse gør. Resultatet er en slags 'spejlhus' -effekt. Billedet herunder viser, hvordan det ser ud. Opdagelsen af gravitationslinser er mest forbundet med Einstein, skønt det først var i 1979, at det blev observeret.
Denne undersøgelse fokuserede på dobbelt kvasarer. En dobbelt kvasar, nogle gange kaldet en tvilling-kvasar, er ikke to kvasarer tæt på hinanden, men snarere en effekt af gravitationslinsering. Med en dobbelt kvasar er deres lys linseet omkring en mellemliggende galakse, før de når jorden, hvilket producerer to billeder af kvasaren. Ingen tidligere undersøgelser har brugt dem til at forsøge at bestemme universets ekspansionshastighed.
Da lyset fra kvasaren er bøjet omkring den mellemliggende galakse og producerer to billeder af den samme kvasar, skaber det en unik observationsmulighed. Lyset, der skaber de separate billeder af kvasaren, kører en anden sti til hvert billede. Når lyset fra kvasaren svinger, er der en forsinkelse mellem flimren i hvert af de to billeder.
Ved at måle tidsforsinkelsen mellem flimrene og ved at kende massen i den mellemliggende galakse, deducerede holdet afstandene mellem Jorden, linsegalaksen og kvasaren. Når man kendte til quadars og galakas rødskift, gjorde forskerne det muligt at estimere, hvor hurtigt universet ekspanderer.
Denne undersøgelse fokuserede på den dobbelte kvasar kaldet SDSS J1206 + 4332 og var også afhængig af data fra Hubble-rumteleskopet, Gemini og W.M. Keck-observatorier og fra den kosmologiske overvågning af gravitationslinser eller COSMOGRAIL, netværk. Holdet brugte flere år på at tage daglige billeder af dobbeltkvasaren, hvilket gav dem meget præcise målinger af tidsforsinkelsen mellem flimre. Når det kombineres med de andre data, gav det astronomer en af de bedste målinger af Hubble-konstanten endnu.
”Det fine med denne måling er, at den er meget komplementær til og uafhængig af andre,” sagde Tommasso Treu, UCLA-professor i fysik og astronomi og avisets seniorforfatter.
Så hvor hurtigt udvides det?
”… Universet er lidt mere kompliceret.
Tommasso Treu, UCLA-professor i fysik og astronomi.
Holdet kom med en værdi for Hubble Constant på 72,5 kilometer per sekund pr. Megaparsek. Dette sætter det på linje med andre målinger, der brugte fjerne supernovaer som standardlys til at måle Hubble-konstanten. Men det er ca. 7% højere end målinger, der er afhængige af den kosmiske mikrobølgebakgrund for at måle den.
Dette er ikke slutningen på debatten om Hubbles lov. Der er stadig den irriterende forskel mellem målemetoderne. Hvad betyder det? ”Hvis der er en faktisk forskel mellem disse værdier, betyder det, at universet er lidt mere kompliceret,” sagde Treu. Treu sagde også, at en af målingerne, eller endda alle tre, er forkert.
Holdet vil fortsætte med deres målemetode med kvasar-linse. De ser på 40 firedoblede kvasarer for forhåbentlig at give dem en endnu mere præcis måling af universets ekspansionshastighed.
Kilder:
- Forskningsartikel: H0LiCOW - IX. Kosmografisk analyse af den dobbeltbillede quasar SDSS 1206 + 4332 og en ny måling af Hubble-konstanten
- UCLA Pressemeddelelse: At se dobbelt kan hjælpe med at løse tvisten om, hvor hurtigt universet ekspanderer
- H0LiCOW
- Wikipedia-indgang: Hubbles lov
