Kako se svemir širi? To je pitanje na koje astronomi nisu mogli točno da odgovore. Oni imaju naziv za brzinu širenja svemira: Hubble Constant ili Hubbleov zakon. No, mjerenja i dalje dolaze s različitim vrijednostima, a astronomi desetljećima raspravljaju o tom pitanju.
Osnovna ideja mjerenja Hubble Constant je promatranje udaljenih izvora svjetlosti, obično vrsta supernova ili promjenjivih zvijezda koje se nazivaju "standardne svijeće", te mjerenje crvenog pomaka njihove svjetlosti. Ali bez obzira kako to rade astronomi, oni ne mogu smisliti dogovorenu vrijednost, samo raspon vrijednosti. Nova studija koja uključuje kvazare i gravitaciona leća mogla bi pomoći u rješavanju problema.
Da se Univerzum širi nije u pitanju. Znamo to već stotinu godina. Svjetlost iz udaljenih galaksija premješta se crveno kako se odmiču od nas, a mjerenjem tog crvenog pomaka proizvedene su različite vrijednosti za univerzalno širenje.
"Hubble konstanta učvršćuje fizičku ljestvicu svemira."
Simon Birrer, postdoktorski znanstvenik UCLA-e i vodeći autor studije.
Brzina širenja mjeri se u kilometrima po sekundi po Megaparseku, zapisano kao (km / s) / Mpc. Tako, na primjer, nešto što se širi brzinom od 10 (km / s) / Mpc znači da se dvije točke u razmaku udaljenom 1 megaparsec (što je ekvivalent 3,26 milijuna svjetlosnih godina) kreću jedni od drugih brzinom od 10 kilometara po drugi.
Kada je prvi put otkriven u 1920-ima, mislilo se da brzina ekspanzije iznosi 625 kps / Mpc. Ali počevši od pedesetih godina prošlog stoljeća, bolje istraživanje procijenilo ga je manje od 100 kps / Mpc. U posljednjih nekoliko desetljeća, više studija mjerilo je brzinu širenja i dostizalo brzine između oko 67 do 77 kps / Mpc.
Ali znanost neće prihvatiti niz odgovora za nešto što bi trebalo imati jednu vrijednost. Ne bi bila znanost da to postoji. Znanstvenici neprestano pokušavaju na različite načine izmjeriti Hubble Constant kako bi utvrdili mogu li ga ispraviti, jer je Hubble konstanta više od samo mjerenja širenja svemira.
"Hubble konstanta sidri fizičku skalu svemira", rekao je Simon Birrer, postdoktorski znanstvenik UCLA-e i vodeći autor studije. Bez precizne vrijednosti za Hubble konstantu, astronomi ne mogu točno odrediti veličine udaljenih galaksija, starost svemira ili povijest širenja kozmosa. Dakle, ispravljanje je velika stvar.
Nova studija upravo objavljena u Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pokušava novu metodu za mjerenje Hubble Constant. Istraživanje vodi tim astronoma iz UCLA, a oslanja se na udaljene kvazare čija se svjetlost podvrgava gravitacijskom lećanju prije nego što dosegne Zemlju.
Kvazi su ultra svijetli objekti. Nazivaju ih i aktivnim galaktičkim jezgrama jer se smatra da su ih uzrokovale supermasivne crne rupe u središtu galaksija. Elektromagnetsko zračenje koje emitiraju uzrokovano je vrtložnim diskom za vraćanje oko crne rupe. Kako se disk materije oko rupe ubrzava, emitira ogromnu količinu energije.
Budući da su kvazi tako blistavi, mogu se vidjeti sa velike udaljenosti. To ih čini ne samo fascinantnim predmetima proučavanja, već su i korisni kao markeri za proučavanje Hubbleovog zakona.
Gravitacijsko leće nastaje kada se izvor svjetlosti iz izuzetno udaljenog objekta, kvazara u ovom istraživanju, nađe na intervencijskoj galaksiji prije nego što stigne do promatrača na Zemlji. Ekstremna masa galaksije dovoljna je za savijanje svjetlosti, slično kao što radi staklena leća. Rezultat je svojevrsni efekt 'kuće zrcala'. Slika ispod pokazuje kako to izgleda. Otkrivanje gravitacijskog sočiva najuže je povezano s Einsteinom, iako je to opaženo tek 1979. godine.
Ova se studija usredotočila na dvostruke kvazare. Dvostruki kvazar, koji se ponekad naziva i dvostruki kvazar, nisu dva kvazara jedan blizu jedan, već je učinak gravitacijskog leća. S dvostrukim kvazarom njihova se svjetlost objesi oko galaksije koja intervenira prije nego što dosegne Zemlju, stvarajući dvije slike kvazara. Nijedno prethodno istraživanje nije ih koristilo za pokušaj utvrđivanja brzine širenja Svemira.
Kako se svjetlost iz kvazara savija oko galaksije koja intervenira, stvarajući dvije slike istog kvazara, ona postavlja jedinstvenu promatračku priliku. Svjetlost koja stvara odvojene slike kvazara putuje drugačijom stazom do svake slike. Kako svjetlost iz kvazara fluktuira, dolazi do zastoja između treperenja u svakoj od dviju slika.
Mjereći vremensko kašnjenje između treperenja i poznavajući masu galaksije koja intervenira, tim je utvrdio udaljenosti između Zemlje, galaksije leća i kvazara. Poznavanje crvenih pomaka kvazara i galaksije omogućilo je znanstvenicima procjenu koliko se svemir širi.
Ova se studija usredotočila na dvostruki kvazar nazvan SDSS J1206 + 4332, a također se oslanjala na podatke iz svemirskog teleskopa Hubble, Blizanca i W.M. Keck opservatoriji i iz kozmološkog nadzora gravitacijskih leća ili COSMOGRAIL, mreže. Tim je proveo nekoliko godina svakodnevno slikajući dvostruki kvazar, koji im je dao vrlo precizna mjerenja vremenskog kašnjenja između treperenja. U kombinaciji s ostalim podacima, astronomi su dali jedno od najboljih mjerenja Hubble Constant-a dosad.
"Ljepota ovog mjerenja je u tome što se vrlo dobro nadopunjava i neovisna o drugima", rekao je Tommasso Treu, profesor fizike i astronomije na UCLA i stariji autor članka.
Dakle, kako se brzo širi?
"... svemir je malo složeniji.
Tommasso Treu, profesor fizike i astronomije na UCLA.
Tim je postigao vrijednost za Hubble Constant od 72,5 kilometara u sekundi po megaparseku. To ga stavlja u red s drugim mjerenjima koja su za mjerenje Hubble Constant koristila udaljene supernove kao standardne svijeće. Ali to je otprilike 7% više od mjerenja koja se oslanjaju na kozmičku mikrovalnu pozadinu.
Ovo nije kraj rasprave oko Hubbleovog zakona. Još uvijek postoji ta neuobičajena razlika između metoda mjerenja. Što to znači? "Ako je stvarna razlika između tih vrijednosti, to znači da je svemir malo složeniji", rekao je Treu. Treu je također rekao da je jedno od mjerenja, ili čak sva tri, pogrešno.
Tim će ustrajati na svojoj metodi mjerenja kvazar-leća. Gledaju 40 četverostrukih kvazara kako bi im s nadom dali još preciznije mjerenje brzine širenja Svemira.
Izvori:
- Istraživački rad: H0LiCOW - IX. Kozmografska analiza dvostruko zamišljenog kvazara SDSS 1206 + 4332 i novo mjerenje Hubbleove konstante
- UCLA Priopćenje: Vidjevši dvostruko, moglo bi pomoći u rješavanju spora o tome kako se svemir brzo širi
- H0LiCOW
- Unos iz Wikipedije: Hubbleov zakon
