Studie: De conflicterende waarden van de Hubble-constante zijn niet te wijten aan een meetfout

Astronomen hebben nieuwe metingen aan de planeet gedaan Hubble is gerepareerdHet is een maatstaf voor hoe snel het universum uitdijt, door gegevens van de Hubble Ruimtetelescoop en de James Webb Ruimtetelescoop te combineren. Hun resultaten bevestigden de nauwkeurigheid van eerdere Hubble-metingen van de waarde van de constante, volgens hun resultaten Recent artikel Het werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters, met als gevolg een al lang bestaande discrepantie in waarden verkregen door verschillende observatiemethoden die bekend staan ​​als de “Hubble-tensor”.

Er was een tijd dat wetenschappers dachten dat het universum statisch was, maar dat veranderde met de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Alexander Friedmann publiceerde in 1922 een reeks vergelijkingen die aantoonden dat het universum inderdaad zou kunnen uitdijen, en Georges Lemaitre maakte later een onafhankelijke afleiding om tot dezelfde conclusie te komen. Edwin Hubble bevestigde deze expansie met observatiegegevens in 1929. Voordien had Einstein geprobeerd de algemene relativiteitstheorie te wijzigen door een kosmologische constante toe te voegen om op basis van zijn theorie een vast universum te verkrijgen; Na de ontdekking van Hubble, Legende zegtHij noemde deze poging zijn grootste blunder.

Zoals eerder vermeld is de Hubble-constante een maatstaf voor de uitdijing van het heelal, uitgedrukt in eenheden van kilometers per seconde per megaparsec. Daarom breidt het heelal elke seconde, elke miljoen parsec met een bepaald aantal kilometers uit. Een andere manier om hierover na te denken is in termen van een relatief stationair object op een miljoen parsecs afstand: elke seconde wordt het een aantal kilometers verder weg.

Hoeveel kilometer? Dat is het probleem hier. Er zijn drie manieren waarop wetenschappers de Hubble-constante kunnen meten: kijken naar objecten in de buurt om te zien hoe snel ze bewegen, zwaartekrachtgolven die worden geproduceerd door botsende zwarte gaten of neutronensterren, en het meten van kleine afwijkingen in de nagloed van de oerknal, bekend als de kosmische microgolfachtergrond (CMB). Verschillende benaderingen hebben echter verschillende waarden gevonden. Het volgen van verre supernova's leverde bijvoorbeeld een waarde op van 73 kilometer per seconde Mpc, terwijl CMB-stralingsmetingen met behulp van de Planck-satelliet een waarde van 67 kilometer per seconde Mpc opleverden.

Vorig jaar nog voerden onderzoekers een derde onafhankelijke meting uit van de uitdijing van het heelal door het gedrag van een door zwaartekracht geobjectiveerde supernova te volgen, waarbij vervorming in de ruimtetijd veroorzaakt door een massief object als een lens fungeert om een ​​achtergrondobject te vergroten. De beste overeenkomsten tussen deze modellen kwamen net onder de van de CMB afgeleide Hubble-constante terecht, waarbij het verschil binnen de statistische fout bleef. Waarden die dichter bij die van andere supernovametingen lagen, pasten aanzienlijk beter bij de gegevens. Deze methode is nieuw, met een grote mate van onzekerheid, maar bood een onafhankelijke manier om tot de Hubble-constante te komen.

“We hebben het gemeten met behulp van informatie in de kosmische microgolfachtergrond en kwamen tot één enkele waarde”, schreef Ars Science-redacteur John Timmer. “We hebben het gemeten met behulp van de schijnbare afstand van objecten in het huidige universum en kwamen tot een waarde die ongeveer 10 procent verschilde. Voor zover iemand kan nagaan, is er niets mis met beide metingen, en er is geen duidelijke manier om het te meten. ” Zorg ervoor dat ze het erover eens zijn.’ Eén hypothese is dat het vroege universum kortstondig een soort ‘kick’ van afstotende zwaartekracht ervoer (vergelijkbaar met het idee van donkere energie) die vervolgens op mysterieuze wijze stopte en verdween. Maar het blijft speculatief, zij het interessant. , idee voor natuurkundigen.

Deze laatste meting is afhankelijk van Vorig jaar bevestigd Op basis van de gegevens van Webb waren Hubble's metingen van de uitdijingssnelheid accuraat, althans voor de eerste paar sporten van de kosmische afstandsschaal. Maar er bestaat nog steeds de mogelijkheid van nog niet ontdekte fouten die dieper (en dus terug in de tijd) in het universum zouden kunnen kijken, vooral voor metingen van de helderheid van verre sterren.

Daarom deed een nieuw team aanvullende waarnemingen van veranderlijke Cepheid-sterren – in totaal duizend sterren in vijf gaststelsels tot op een afstand van 130 miljoen lichtjaar – en koppelde deze aan de gegevens van Hubble. De Webb-telescoop kan verder kijken dan het interstellaire stof dat Hubble's beelden van die sterren waziger en overlappender heeft gemaakt, zodat astronomen gemakkelijk onderscheid kunnen maken tussen individuele sterren.

De resultaten bevestigden ook de nauwkeurigheid van de gegevens van Hubble. “We hebben nu de volledige reikwijdte van wat Hubble heeft waargenomen besproken en we kunnen meetfouten als oorzaak van Hubble-jitter met zeer grote zekerheid uitsluiten.” zei co-auteur en teamleider Adam Rees, een natuurkundige aan de Johns Hopkins Universiteit. “De combinatie van Webb en Hubble geeft ons het beste van twee werelden. We ontdekken dat de metingen van Hubble betrouwbaar blijven naarmate we verder klimmen op de kosmische afstandsladder. Nu meetfouten zijn geëlimineerd, blijft er de reële en opwindende mogelijkheid over dat we het universum verkeerd hebben begrepen. ”

De Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (Over digitale ID's).