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Die bisher genaueste Beobachtung entfernter Sterne, deren Helligkeit sich periodisch ändert, könnte dazu führen, dass wir die Geschwindigkeit überdenken, mit der sich das Universum ausdehnt – vielleicht durch die Lösung oder Vertiefung eines seit langem bestehenden Problems in der Kosmologie.
Die Beobachtung bestätigt, dass es eine Diskrepanz zwischen den beiden Hauptmethoden der Geschwindigkeitsmessung gibt Universum Erweitern, sich auf das eine und nicht auf das andere ausrichten, berichtet eine neue Studie.
Forscher der Stellar-Gruppe verwendeten Daten, die von Europa gesammelt wurden Jaya Raumschiff zum Studium Veränderliche Sterne der Cepheiden, das regelmäßig pulsiert und eine Methode zur genauen Messung kosmischer Entfernungen bietet. Die Technik zur Messung von Cepheidensternen wird um andere Methoden erweitert, beispielsweise solche, die auf Typ-1a-Beobachtungen basieren Supernovae.
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Die Lichtabgabe von Supernovae, den riesigen Explosionen, die am Ende des Lebens großer Sterne auftreten, ist so gleichmäßig, dass sie als „Standardkerzen“ bezeichnet werden und einen wichtigen Teil dessen ausmachen, was Astronomen die „kosmische Entfernungsleiter“ nennen. “ Die Methode zur Messung der Entfernung von Cepheidensternen fügt dieser metaphorischen Leiter eine weitere „Sprosse“ hinzu, und diese neue Forschung hat diese Sprosse verstärkt.
„Wir haben eine Methode entwickelt, um nach Cepheiden zu suchen, die zu Sternhaufen mit mehreren hundert Sternen gehören, indem wir testen, ob sich Sterne gemeinsam über die Erde bewegen MilchstraßeCo-Autor der Studie Richard Anderson, Physiker an der Eidgenössischen Polytechnischen Schule Lausanne (EPFL) in der Schweiz, sagte er in einer Erklärung (Öffnet in einem neuen Tab).
„Dank dieses Tricks können wir das beste Wissen über Gaias Parallaxenmessungen nutzen und gleichzeitig die Auflösung nutzen, die viele Sterne des Haufens bieten“, sagte Anderson. „Dies hat es uns ermöglicht, die Auflösung von Gaias Ansichten an ihre Grenzen zu bringen, und bietet die stärkste Grundlage, auf der die Distanzleiter ruhen kann.“
Die kosmische Entfernungsskala wird auch verwendet, um die Expansionsrate des Universums zu messen, die als bekannt ist Hubble-Konstante. Diese neue Neukalibrierung des Cepheiden-„Grads“ vertieft das Problem der Expansionsrate des Universums, das als „Hubble-Spannung“ bekannt geworden ist.
Was ist die Hubble-Spannung?
Im frühen 20. Jahrhundert wurden Stoßwellen in der Physik und Astronomie populär, als Edwin Hubble Er enthüllte Beweise dafür, dass das Universum nicht statisch ist, wie damals angenommen wurde, sondern sich tatsächlich ausdehnt. Daher wurde diese Expansionsrate als Hubble-Konstante bekannt.
Dieses Konzept erfuhr Ende der 1990er Jahre eine große Erschütterung, als Astronomen durch Beobachtungen entfernter Supernovae entdeckten, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern auch. in beschleunigtem Tempo. Seitdem ist die Messung der Hubble-Konstante für Astronomen und Kosmologen zu einem heiklen Thema geworden, da es zwei Hauptmethoden gibt, um diesen Wert zu bestimmen – und sie sind sich nicht einig.
Eine Methode wird verwendet GalaxienGeschwindigkeiten als Funktion der Entfernung ergeben einen Hubble-Konstantenwert von etwa 73 ± 1 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec (km/s/Mpc), wobei 1 Megaparsec etwa 3,26 Millionen Lichtjahre darstellt. Dies ist als „Spätzeit“-Lösung bekannt, da sie aus Messungen des Universums in jüngster Zeit stammt.
Die andere Möglichkeit, die Hubble-Konstante zu messen, besteht darin, das Licht eines kurz darauf folgenden Ereignisses zu betrachten die große Explosion Es wird die „letzte Streuung“ genannt, bei der sich Elektronen mit Protonen verbinden, um die ersten Atome zu bilden. Da freie Elektronen zuvor Photonen (Lichtteilchen) zu weit gestreut hatten, was sie daran hinderte, sehr weit zu reisen, bedeutete dieses Ereignis, dass Licht plötzlich frei durch das Universum reisen durfte.
Dieses „erste Licht“ gilt nun als Kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) und füllt das Universum bis auf kleine Unterschiede fast gleichmäßig aus. Wenn Astronomen diese kleinen Schwankungen in dieser fossilen Strahlung messen, sagt dies einen heutigen Wert für die Hubble-Konstante von etwa 67,5 ± 0,5 km/s/Millionen Blöcken voraus.
Seltsamerweise haben die Unterschiede zwischen den beiden Schätzungen der Hubble-Konstante nur zugenommen, da die Messtechniken für beide verfeinert und präziser wurden. Dieser Unterschied von 5,6 km/s/Megapasc und die damit verbundenen allgemeinen Probleme werden als „Hubble-Spannung“ bezeichnet. Es ist ein ernstes Problem für Kosmologen, weil es darauf hindeutet, dass etwas mit unserem Verständnis der grundlegenden physikalischen Gesetze, die das Universum regieren, nicht stimmt.
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Cepheid-Varianten wählen eine Seite
Anderson erklärte, warum ein Unterschied von einigen Kilometern/Sekunde/Mpc in der Hubble-Konstante so wichtig ist, selbst angesichts der gewaltigen Ausmaße des Universums. (Alleine die Breite des sichtbaren Universums wird auf etwa 29.000 MPC geschätzt.)
„Diese Diskrepanz ist von großer Bedeutung“, sagte Anderson. „Angenommen, Sie wollten einen Tunnel bauen, indem Sie in zwei gegenüberliegende Seiten eines Berges bohren. Wenn Sie die Art des Gesteins richtig verstanden haben und Ihre Berechnungen korrekt sind, treffen sich die beiden Löcher, die Sie bohren, in der Mitte. Aber wenn sie es tun nicht, dann haben Sie einen Fehler gemacht – entweder Ihre Berechnungen sind falsch oder Sie liegen falsch mit der Art des Gesteins.“
Anderson sagte, dies sei der Hubble-Spannung ähnlich und was mit der Hubble-Konstante passiert.
Er fügte hinzu: „Je mehr wir uns der Genauigkeit unserer Berechnungen sicher sind, desto mehr schließen wir, dass die Diskrepanz bedeutet, dass unser Verständnis des Universums falsch ist und dass das Universum nicht ganz so ist, wie wir es uns vorgestellt haben.“
Die verbesserte Kalibrierung des Cepheid-Variablen-Messinstruments bedeutet, dass diese Technik in der Hubble-Spannungsdebatte endlich „eine Seite ergreift“ und eine Zustimmung zur „späten“ Lösung liefert.
„Unsere Studie bestätigt die Expansionsrate von 73 km/s/Mpc, aber was noch wichtiger ist, sie liefert auch die bisher genauesten und zuverlässigsten Kalibrierungen von Cepheiden als Entfernungsmessinstrumente“, sagte Anderson. „Das bedeutet, dass wir grundlegende Konzepte überdenken müssen, die die Grundlage unseres allgemeinen Verständnisses von Physik bilden.“
Die Ergebnisse des Teams haben auch andere Implikationen. Zum Beispiel hilft die genauere Cepheid-Kalibrierung dabei, die Form unserer Galaxie besser aufzudecken, sagten Mitglieder des Studienteams.
„Weil unsere Messungen so präzise sind, geben sie uns einen Einblick in die Geometrie der Milchstraße“, sagte der Hauptautor der Studie Mauricio Cruz Reyes, Ph.D. Student in Andersons Forschungsgruppe, sagte er in derselben Erklärung. „Äußerst genau Kalibrierung (Öffnet in einem neuen Tab) Unsere Entwicklung wird es uns beispielsweise ermöglichen, die Größe und Form der Milchstraße als flache Scheibengalaxie und ihre Entfernung zu anderen Galaxien besser zu bestimmen.“
Die neue Studie wurde letzte Woche im Fachblatt veröffentlicht Astronomie und Astrophysik (Öffnet in einem neuen Tab).
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