Колко бързо се разширява наистина Вселената? Множеството изгледи на експлодираща звезда повдигат нови въпроси

Как стигнахме до тук? къде отиваме? Колко време ще отнеме? Тези въпроси са стари колкото самото човечество и ако действително са били задавани от други видове другаде във Вселената, вероятно са много по-стари от това.

Те са и някои от основните въпроси, на които се опитваме да отговорим в изучаването на Вселената, което се нарича космология. Една космологична дилема е колко бързо се разширява Вселената, което се измерва с число, наречено константа на Хъбъл. Има голямо напрежение около това.

В две нови статии, ръководени от колегата ми Патрик Кели от Университета на Минесота, ние успешно използвахме нова техника – включваща светлина от експлодираща звезда, достигнала Земята чрез множество зигзагообразни пътеки през разширяващата се Вселена – за измерване на константата на Хъбъл. Докладите са публикувани в науки И Астрофизичен вестник.

И ако нашите резултати не разрешат напълно напрежението, те ни дават още една следа – и още въпроси, които да зададем.

Стандартни свещи и разширяващата се вселена

От 20-те години на миналия век знаем, че Вселената се разширява.

Около 1908 г. американският астроном Хенриета Левит намери начин да измери присъщата яркост на тип звезда, наречена цефеидна променлива – не колко ярки са от Земята, което зависи от разстоянието и други фактори, а колко ярки са в действителност. Цефидите стават по-ярки и по-тъмни в редовен цикъл и Левит показа, че присъщата яркост е свързана с продължителността на този цикъл.

Законът на Левит, както сега се нарича, позволява на учените да използват цефеидите като „нормативни свещи“: ​​обекти, чиято вътрешна яркост е известна и следователно тяхното разстояние може да бъде изчислено.

Как работи това? Представете си, че е нощ и стоите на дълга тъмна улица с няколко стълба за лампи, минаващи по пътя. Сега си представете, че всеки стълб има един и същи тип лампа с еднаква мощност. Ще забележите, че далечните изглеждат по-слаби от близките.

Знаем, че светлината избледнява пропорционално на разстоянието до нея, в нещо, наречено закон на обратните квадрати на светлината. Сега, ако можете да измерите колко ярка е за вас всяка светлина и ако всъщност знаете колко е ярка, тогава можете да кажете колко далеч е всеки светлинен стълб.

През 1929 г. друг американски астроном, Едуин Хъбъл, успя да открие няколко от тези звезди Цефеиди в други галактики и да измери разстоянието между тях – и от тези разстояния и други измервания той успя да определи, че Вселената се разширява.

Различните методи дават различни резултати

Този стандартен метод със свещ е мощен, тъй като ни позволява да измерваме огромната вселена. Винаги търсим различни свещи, които могат да бъдат по-добре измерени и видими на много по-големи разстояния.

Някои скорошни усилия за измерване на Вселената далеч от Земята, като например проекта SH0ES, в който участвах, ръководен от носителя на Нобелова награда Адам Рийс, използваха кифиди заедно с тип експлодираща звезда, наречена свръхнова тип Ia, която също може да се използва като стандартна свещ.

Има и други начини за измерване на константата на Хъбъл, като тези, които използват космическия микровълнов фон – светлина или радиация, които са започнали да пътуват през Вселената малко след Големия взрив.

Проблемът е, че тези две измервания, едно близко чрез използване на свръхнови и кевидиди, и едно много далечно чрез използване на микровълновия фон, се различават с около 10%. Астрономите наричат ​​това разминаване напрежението на Хъбъл и търсят нови техники за измерване, за да го решат.

Нов метод: гравитационни лещи

В нашата нова работа ние успешно използвахме нова техника за измерване на скоростта на разширяване на Вселената. Работата се основава на свръхнова, наречена Supernova Refsdal.

През 2014 г. нашият екип наблюдава множество изображения на една и съща свръхнова – първият път, когато беше наблюдавана такава „лещовидна“ супернова. Вместо да види една супернова, космическият телескоп Хъбъл видя пет!

как става това Светлината от свръхновата се изстреля във всички посоки, но премина през пространството, изкривено от масивните гравитационни полета на масивна група галактики, изкривявайки част от пътя на светлината по такъв начин, че тя се озова на Земята по множество пътища. . Всяка свръхнова, която срещаме, е различен път през Вселената.

Представете си три влака, тръгващи от една и съща гара по едно и също време. Въпреки това човек отива направо на следващата спирка, един прави широк преход през планините и един през брега. Всички тръгват и пристигат на едни и същи гари, но предприемат различни пътувания и така, докато тръгват по едно и също време, ще пристигнат по различно време.

Така че нашите изображения от лещи показват една и съща супернова, която е избухнала в определен момент от времето, но всяко изображение пътува по различен път. Разглеждайки пристигането на всяко появяване на супернова на Земята – едно от които се случи през 2015 г., след като експлодиращата звезда вече беше забелязана – успяхме да измерим времето им за пътуване и по този начин колко е нараснала Вселената, докато видението беше в транзит.

пристигнахме ли

Това ни даде различна, но уникална мярка за растежа на Вселената. В изследователски статии открихме, че това измерване е по-близко до това на космическия микровълнов фон, а не до това на Цефеида и близката супернова. Въпреки това, въз основа на местоположението си, той трябва да е по-близо до измерването на цефеидите и свръхновите.

Въпреки че това изобщо не решава дебата, то ни дава още една следа, която да разгледаме. Възможно е да има проблем със стойността на свръхновата, нашето разбиране за галактическите клъстери и моделите, които могат да бъдат приложени към лещи, или нещо съвсем друго.

Подобно на децата отзад в колата по време на пътуване, които питат „Стигнахме ли вече“, ние все още не знаем.