Teleskop Jamese Webba možná konečně vyřešil krizi v kosmologii

Analytická studie provedená Chicagskou univerzitou k měření rychlosti rozpínání vesmíru dospěla k závěru, že nic takového jako „Hubbleovo napětí“ nemusí existovat.

„Krize v kosmologii“, kterou vyvolala různá měření rozpínání vesmíru, může být blízko vyřešení díky… Vesmírný dalekohled Jamese WebbaNová data analyzovaná vědci naznačují, že Hubbleova turbulence nemusí být tak intenzivní, jak se dříve myslelo. To by mohlo znamenat, že náš současný model vesmíru zůstává přesný.

Diskuse o rychlosti rozpínání vesmíru

O našem vesmíru toho víme hodně, ale astronomové stále diskutují o tom, jak rychle se rozpíná. V posledních dvou desetiletích dva hlavní způsoby měření tohoto čísla – známé jako Hubbleova konstanta – skutečně přišly s různými odpověďmi, což vedlo některé k otázce, zda v našem modelu fungování vesmíru něco nechybí.

Nové poznatky z vesmírného dalekohledu Jamese Webba

Nová měření provedená výkonným vesmírným teleskopem Jamese Webba však naznačují, že ke konfliktu, známému také jako „Hubbleovo napětí“, koneckonců nemusí dojít.

V příspěvku předloženém do Astrophysical Journal, University of Chicago Kosmolog Wendy Friedman a její kolegové analyzovali nová data, která zachytil NASAVědcům se podařilo změřit vzdálenost deseti blízkých galaxií pomocí výkonného vesmírného teleskopu Jamese Webba a také byli schopni změřit novou hodnotu rychlosti rozpínání vesmíru v současnosti.

Měřeno při rychlosti 70 kilometrů za sekundu megaparsekkterá se překrývá s další hlavní metodou Hubbleovy konstanty.

„Na základě těchto nových dat z teleskopu Jamese Webba a pomocí tří nezávislých metod jsme nenašli žádný silný důkaz existence Hubbleova napětí,“ řekl Friedman, renomovaný astronom a profesor astronomie a astrofyziky na Chicagské univerzitě , náš standardní kosmologický model pro vysvětlení Evoluce vesmíru je neochvějná.“

Hubbleův stres?

Víme, že se vesmír časem rozpíná od roku 1929, kdy Edwin Hubble (absolvent Chicagské univerzity v roce 1910, Ph.D. v roce 1917) provedl měření hvězd, která naznačovala, že galaxie vzdálenější od Země se vzdalují od Země rychleji než blízké galaxie. . Ale je překvapivě obtížné přesně určit, jak rychle se vesmír právě teď rozšiřuje.

Toto číslo, známé jako Hubbleova konstanta, je nezbytné pro pochopení zadního příběhu vesmíru. Je základní součástí našeho modelu toho, jak se vesmír vyvíjí v čase.

„Potvrzení reality Hubbleova konstantního tenzoru bude mít zásadní důsledky pro základní fyziku a moderní kosmologii,“ vysvětlil Friedman.

Různé způsoby měření

Vzhledem k důležitosti a obtížnosti provádění těchto měření je vědci testují pomocí různých metod, aby zajistili, že jsou co nejpřesnější.

Jedním z hlavních přístupů je studium zbytkového světla z brázdy Velký třeskznámé jako kosmické mikrovlnné pozadí. Současný nejlepší odhad Hubbleovy konstanty pomocí této metody, která je velmi přesná, je 67,4 kilometrů za sekundu na megaparsek.

Druhou hlavní metodou, na kterou se Friedman specializuje, je přímé měření rozpínání galaxií v našem místním kosmickém sousedství pomocí hvězd, jejichž jasnost známe. Stejně jako světla aut vypadají slabší, když jsou daleko, hvězdy se zdají matnější na větší a větší vzdálenosti. Měřením vzdáleností a rychlostí, kterými se galaxie od nás vzdalují, můžeme odvodit, jak rychle se vesmír rozpíná.

V minulosti měření prováděná tímto způsobem dávala vyšší číslo Hubbleovy konstanty – blížící se 74 kilometrům za sekundu na megaparsek.

Hádanka s Hubbleovým napětím

Tento rozdíl je natolik velký, že někteří vědci spekulují, že našemu standardnímu modelu vývoje vesmíru může něco důležitého chybět. Například, protože jedna metoda se dívá na počátky vesmíru a druhá na současnou éru, mohlo se něco velkého ve vesmíru v průběhu času změnit. Tento zdánlivý rozpor se stal známým jako „Hubbleovo napětí“.

Vstupte do vesmírného dalekohledu Jamese Webba

Vesmírný dalekohled Jamese Webba, neboli JWST, nabízí lidstvu mocný nový nástroj pro pozorování hluboko do vesmíru. Byl vypuštěn v roce 2021 jako nástupce Hubbleova dalekohledu a pořídil úžasně ostré snímky, odhalil nové aspekty vzdálených světů, shromáždil bezprecedentní data a otevřel nová okna do vesmíru.

Friedman a její kolegové použili dalekohled k měření 10 blízkých galaxií, které poskytují základ pro měření rychlosti rozpínání vesmíru.

K ověření svých výsledků použili tři nezávislé metody. První metoda využívá typ hvězdy známé jako proměnná hvězda Cepheid, jejíž jasnost se v průběhu času předvídatelně mění. Druhá metoda je známá jako „vrchol větve rudého obra“ a využívá skutečnosti, že hvězdy s nízkou hmotností dosahují pevné horní hranice své jasnosti. Třetí a nejnovější metoda používá typ hvězdy nazývané uhlíkové hvězdy, které mají konstantní barvy a jas v blízkém infračerveném světelném spektru. Nová analýza je první, která používá všechny tři metody současně, v rámci stejných galaxií.

Přehodnocení Hubbleovy konstanty

V každém případě byly hodnoty v mezích chyby hodnoty dané metodou kosmického mikrovlnného pozadí 67,4 kilometrů za sekundu za megaparsek.

„Získání dobré shody od tří velmi odlišných typů hvězd je pro nás silným indikátorem toho, že jsme na správné cestě,“ řekl Friedman.

„Budoucí pozorování pomocí teleskopu Jamese Webba bude zásadní pro potvrzení nebo vyvrácení teorie Hubbleova tenzoru a posouzení důsledků pro kosmologii,“ řekl spoluautor studie Barry Madore z University of British Columbia. Carnegie Foundation for Science a hostující fakulty na University of Chicago.

Odkaz: Zpráva o stavu Chicagsko-Carnegie Hubbleova programu (CCHP): Tři nezávislé astrofyzikální odhady Hubbleovy konstanty pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba od Wendy L. Friedman a Barry F. Madore, In-Sung Jang a Taylor J. Hoyt a Abigail J. Lee, Kayla A. Owens, 12. srpna 2024, Astrofyzika > Kosmologie a negalaktická astrofyzika.
arXiv:2408.06153

Dalšími spoluautory tohoto článku byli výzkumník z UChicaga In Sung Jang, Taylor Hoyt (Ph.D. ’22, nyní v Lawrence Berkeley National Laboratory) a postgraduální studentky UChicaga Kayla Owens a Abby Lee.

Financování: NASA.