Navnet "mørk energi" er bare en pladsholder for kraften - uanset hvad den er - der får universet til at udvide sig. Nye observationer af flere Cepheid-variable stjerner med Hubble-rumteleskopet har forfinet måling af universets nuværende ekspansionshastighed til en præcision, hvor fejlen er mindre end fem procent. Den nye værdi for ekspansionshastigheden, kendt som Hubble-konstanten eller H0 (efter Edwin Hubble, der først målte universets udvidelse for næsten et århundrede siden), er 74,2 kilometer per sekund pr. Megaparsek (fejlmargen på ± 3,6). Resultaterne stemmer tæt sammen med en tidligere måling, der blev samlet fra Hubble på 72 ± 8 km / sek / megaparsec, men er nu mere end dobbelt så præcis.
Hubble-måling, udført af SHOES-teamet (Supernova H0 for ligningen af staten) og ledet af Adam Riess, fra Space Telescope Science Institute og Johns Hopkins University, bruger en række forbedringer til at strømline og styrke opbygningen af en kosmisk ”Afstandstige”, en milliard lysår i længde, som astronomer bruger til at bestemme universets ekspansionshastighed.
Hubble-observationer af de pulserende Cepheid-variabler i en nærliggende kosmisk milemarkør, galaksen NGC 4258, og i værtgalakserne for de nyere supernovaer, forbinder direkte disse afstandsindikatorer. Brug af Hubble til at bygge bro over disse trin i stigen eliminerede de systematiske fejl, der næsten uundgåeligt indføres ved at sammenligne målinger fra forskellige teleskoper.
Riess forklarer den nye teknik: ”Det er som at måle en bygning med en lang målebånd i stedet for at flytte en gårdspidsende over ende. Du undgår at sammensætte de små fejl, du foretager, hver gang du flytter målestokken. Jo højere bygning, desto større er fejlen. ”
Lucas Macri, professor i fysik og astronomi ved Texas A&M, og en væsentlig bidragyder til resultaterne, sagde: ”Cepheids er rygraden i afstandstigen, fordi deres pulsationsperioder, der let kan observeres, korrelerer direkte med deres lysstyrke. En anden forbedring af vores stige er det faktum, at vi har observeret Cepheiderne i de næsten infrarøde dele af det elektromagnetiske spektrum, hvor disse variable stjerner er bedre afstandsindikatorer end ved optiske bølgelængder. ”
Denne nye, mere præcise værdi af Hubble-konstanten blev brugt til at teste og begrænse egenskaberne ved mørk energi, den form af energi, der producerer en frastødende kraft i rummet, hvilket får universets ekspansionshastighed til at accelerere.
Ved at beslaglægge universets ekspansionshistorie mellem i dag og da universet kun var ca. 380.000 år gammelt, var astronomerne i stand til at placere grænser for arten af den mørke energi, der får udvidelsen til at fremskynde. (Målingen for det fjerne, tidlige univers er afledt af udsving i den kosmiske mikrobølgebakgrund, som blev løst af NASAs Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe, WMAP, i 2003.)
Deres resultat er i overensstemmelse med den enkleste fortolkning af mørk energi: at den matematisk er ækvivalent med Albert Einsteins hypotese kosmologiske konstant, der blev indført for et århundrede siden for at skubbe på rummet og forhindre, at universet kollapser under tyngdekraften. (Einstein fjernede imidlertid konstanten, når udvidelsen af universet blev opdaget af Edwin Hubble.)
”Hvis du lægger en kasse i alle måder, hvorpå mørk energi kan afvige fra den kosmologiske konstant, ville denne kasse nu være tre gange mindre,” siger Riess. ”Det er fremskridt, men vi har stadig en lang vej at gå ned i den mørke energis natur.”
Selvom den kosmologiske konstant blev udtænkt for længe siden, fulgte observationsbeviser for mørk energi først for 11 år siden, da to undersøgelser, den ene ledet af Riess og Brian Schmidt fra Mount Stromlo Observatory, og den anden af Saul Perlmutter fra Lawrence Berkeley National Laboratory, opdagede uafhængig mørk energi, delvis med Hubble-observationer. Siden da har astronomer forfulgt observationer for bedre at karakterisere mørk energi.
Riess's tilgang til indsnævring af alternative forklaringer på mørk energi - uanset om det er en statisk kosmologisk konstant eller et dynamisk felt (som den frastødende kraft, der drev inflationen efter big bang) - er for at finjustere målingerne af universets ekspansionshistorie.
Inden Hubble blev lanceret i 1990, varierede estimaterne af Hubble-konstanten med en faktor på to. I slutningen af 1990'erne forfinede Hubble-rumteleskopets nøgleprojekt på den ekstragalaktiske afstandsskala værdien af Hubble-konstanten til en fejl på kun omkring ti procent. Dette blev opnået ved at observere Cepheid-variabler ved optiske bølgelængder til større afstande end opnået tidligere og sammenligne dem med lignende målinger fra jordbaserede teleskoper.
SHOES-teamet brugte Hubbles nærinfrarøde kamera og multiobjekt-spektrometer (NICMOS) og Advanced Camera for Surveys (ACS) til at observere 240 Cepheid-variable stjerner over syv galakser. En af disse galakser var NGC 4258, hvis afstand blev bestemt meget nøjagtigt gennem observationer med radioteleskoper. De andre seks galakser var for nylig vært for Type Ia-supernovaer, der er pålidelige afstandsindikatorer til endnu længere målinger i universet. Type Ia-supernovaer eksploderer alle med næsten den samme mængde energi og har derfor næsten den samme iboende lysstyrke.
Ved at observere Cepheids med meget ens egenskaber ved næsten infrarøde bølgelængder i alle syv galakser og ved hjælp af det samme teleskop og instrument, var teamet i stand til mere præcist at kalibrere supernovas lysstyrke. Med Hubbles kraftfulde evner var teamet i stand til at adskille nogle af de rysteste træk langs den forrige afstandstige, der involverede usikkerheder i opførelsen af Cepheids.
Riess vil til sidst gerne se, at Hubble-konstanten forfines til en værdi med en fejl på højst en procent for at lægge endnu strammere begrænsninger på løsninger på mørk energi.
Kilde: Space Telescope Science Institute
