„Tensiunea Hubble” în curs în dezbaterea Universului Extins – „La urma urmei, s-ar putea să nu existe conflicte”

O stea gigantă roșie, Camelopardalis, emite o coajă de gaz atunci când un strat de heliu din jurul nucleului său începe să se contopească. Astfel de evenimente îi ajută pe oamenii de știință să calculeze cât de repede se extinde universul. Credit: Agenția Spațială Europeană / NASA

O nouă analiză a astronomului de la Universitatea din Chicago a ajuns la un acord cu modelul standard în „tensiunea Hubble” în curs de desfășurare.

Universul nostru se extinde, dar principalul nostru mod de a măsura cât de repede se întâmplă această expansiune a dat diferite răspunsuri. În ultimul deceniu, astrofizicienii au fost împărțiți treptat în două tabere: una care crede că diferența este semnificativă și una care crede că aceasta se poate datora unor erori de măsurare.

Dacă se dovedește că erorile cauzează nepotriviri, acest lucru ne va confirma modelul de bază al modului în care funcționează universul. O altă posibilitate introduce un fir care, atunci când este tras, indică faptul că este necesară o fizică fundamentală nouă, lipsă, pentru a o reatașa împreună. De câțiva ani, fiecare nouă dovadă a telescoapelor leagănă argumentul înainte și înapoi, dând naștere așa-numitei „tensiuni Hubble”.

Wendy Friedman, un celebru astronom și profesor de astronomie și astrofizică John și Marion Sullivan de la Universitatea din Chicago, a făcut câteva măsurători originale ale ratei de expansiune a universului care a dus la o valoare mai mare pentru constanta Hubble. Dar într-o nouă lucrare de recenzie acceptată Astrophysical Journal مجلة, Friedman oferă o imagine de ansamblu asupra celor mai recente observații. Concluzia ei: Observațiile recente încep să umple golul.

Aceasta înseamnă că, la urma urmei, nu poate exista niciun conflict, iar modelul nostru standard al universului nu are nevoie de prea multe modificări.

Rata la care se extinde universul se numește constantă Hubble, numită UChicago alum Edwin Hubble, SB 1910, PhD 1917, care este creditată cu descoperirea expansiunii universului în 1929. Oamenii de știință vor să determine această rată cu precizie, deoarece constanta Hubble este legat de epoca universului și de modul în care acesta a evoluat în timp.

Un rid major a apărut în ultimul deceniu, când rezultatele pentru cele două metode principale de măsurare au început să difere. Dar oamenii de știință încă dezbat importanța nepotrivirii.

O modalitate de a măsura constanta Hubble este de a privi lumina foarte slabă rămasă din Big Bang, numită fundal cosmic cu microunde. Acest lucru a fost făcut în spațiu și pe Pământ folosind facilități precum Telescopul Antarctic condus de UChicago. Oamenii de știință pot introduce aceste observații în „modelul lor standard” al universului timpuriu și îl pot executa în timp pentru a prezice cum ar trebui să fie constanta Hubble astăzi; Ei primesc un răspuns de 67,4 kilometri pe secundă pe megaparsec.

Cealaltă modalitate este să privim stelele și galaxiile din universul din apropiere și să le măsurăm distanțele și cât de repede se îndepărtează de noi. Friedman a fost un expert de frunte în această metodă timp de câteva decenii; În 2001, echipa ei a făcut una dintre cele mai remarcabile măsurători folosind Telescopul Spațial Hubble pentru a imagina stele numite Cefeide. Valoarea pe care au găsit-o a fost de 72. Friedman a continuat să măsoare cefeidele în anii următori, revizuind de fiecare dată mai multe date despre telescop. Cu toate acestea, în 2019, ea și colegii ei au publicat un răspuns bazat pe o metodă complet diferită, folosind stele numite giganți roșii. Ideea a fost de a verifica cefeidele într-un mod independent.

Giganții roșii sunt stele foarte mari, luminoase, care ating întotdeauna aceeași strălucire de vârf înainte de a dispărea rapid. Dacă oamenii de știință pot măsura cu precizie luminozitatea reală sau intrinsecă a vârfurilor giganților roșii, ei pot măsura distanțele până la galaxiile lor gazdă, o parte esențială, dar dificilă a ecuației. Întrebarea principală este cât de precise sunt aceste măsurători.

Prima versiune a acestui calcul din 2019 a folosit o singură galaxie foarte apropiată pentru a calibra luminozitatea stelelor uriașe roșii. În ultimii doi ani, Friedman și colaboratorii ei au gestionat numerele pentru mai multe galaxii și grupuri de stele diferite. „Există acum patru moduri independente de calibrare a luminozității unui gigant roșu și sunt de acord 1% unul cu celălalt”, a spus Friedman. „Acest lucru ne spune că acesta este un mod foarte bun de a măsura distanța.”

„Mi-am dorit foarte mult să privesc cu atenție atât Cefeidele, cât și giganții roșii. Știu foarte bine punctele tari și punctele slabe ale acestora”, a spus Friedman. „Am ajuns la concluzia că nu avem nevoie de fizică fundamentală nouă pentru a explica diferențele la nivel local și rate îndepărtate de expansiune. Datele pentru noul gigant roșu par a fi consistente. ”

Taylor Hoyt, studentă absolventă a Universității din Chicago, care a efectuat măsurători ale stelelor gigantice roșii din galaxii ancoră, a adăugat: „Continuăm să măsurăm și să testăm sub-stele gigantice roșii în diferite moduri și continuă să ne depășească așteptările”.

Valoarea constantei Hubble obținută de echipa Friedman de la giganții roșii este de 69,8 km / s / milion de segmente – aproximativ aceeași cu valoarea derivată din experimentul cosmic de fond cu microunde. „Nu este necesară fizică nouă”, a spus Friedman.

Calculele folosind stelele Cepheid dau în continuare numere mai mari, dar conform analizei lui Friedman, diferența poate să nu fie alarmantă. „Stelele cefeide au fost întotdeauna puțin mai zgomotoase și puțin mai complicate de înțeles pe deplin; sunt stele tinere în regiuni active de formare a stelelor din galaxii, ceea ce înseamnă că există potențial pentru a scăpa de lucruri precum praful sau poluarea de la alte stele. a măsurătorilor tale ”, a explicat ea.

În opinia ei, conflictul ar putea fi rezolvat cu date mai bune.

Anul viitor, când se așteaptă lansarea Telescopului spațial James Webb, oamenii de știință vor începe să colecteze aceste noi observații. Friedman și colaboratorii săi au avut deja timp pe telescop pentru un program major pentru a face mai multe măsurători atât ale stelelor gigantice ale Cefeidelor, cât și ale stelelor gigantice roșii. „Webb ne va oferi o sensibilitate și o precizie mai mari, iar datele vor deveni mai bune, foarte curând”, a spus ea.

Dar, între timp, a vrut să arunce o privire mai atentă asupra datelor existente și ceea ce a constatat a fost că multe dintre ele au fost de fapt de acord.

„Așa merge știința”, a spus Friedman. „Dai cu picioarele la cauciucuri pentru a vedea dacă se dezumfla ceva și, până acum, nu există găuri”.

Unii savanți care au fost în favoarea incompatibilității intrinseci pot fi dezamăgiți. Dar pentru Friedman, oricare dintre răspunsuri este interesant.

„Există încă loc pentru fizică nouă, dar chiar dacă nu există loc pentru fizică nouă, ar arăta că modelul nostru standard este fundamental corect, ceea ce este, de asemenea, o concluzie profundă care trebuie făcută”, a spus ea. „Iată ce este interesant despre știință: nu știm răspunsurile din față. Învățăm pe măsură ce avansăm. Este un moment foarte interesant să fim în acest domeniu”.

Referință: „Măsurători ale constantei Hubble: tensiuni în perspectivă” de Wendy Friedman, 30 iunie 2021, Astrophysical Journal مجلة.