RW Space

Как мы сюда попали? Куда мы идем? И сколько времени это займет? Эти вопросы так же стары, как и само человечество, и, если они уже задавались другими видами в других частях Вселенной, потенциально намного старше.

Это также некоторые из фундаментальных вопросов, которые мы задаем. пытаясь ответить в изучении Вселенной, называемом космологией. Одна из космологических загадок заключается в том, насколько быстро расширяется Вселенная, что измеряется числом, называемым постоянной Хаббла. И вокруг этого довольно много напряженности.

В двух новых работах под руководством моего коллеги Патрика Келли из Университета Миннесоты мы успешно использовали новую технику — использование света от взорвавшейся звезды, пришедшей к нам. на Земле по множеству извилистых маршрутов через расширяющуюся Вселенную — для измерения постоянной Хаббла. Статьи опубликованы в журналах Science и The Astrophysical Journal.

И если наши результаты не полностью устраняют напряженность, они дают нам еще одну подсказку. – и другие вопросы.

Стандартные свечи и расширяющаяся Вселенная

Мы знали, что Вселенная расширяется, с 1920-х годов.

Около 1908 года, США Астроном Генриетта Ливитт нашла способ измерить внутреннюю яркость звезды, называемой переменной цефеид, — не то, насколько яркими они кажутся с Земли, что зависит от расстояния и других факторов, а насколько они яркие на самом деле. Цефеиды становятся ярче и тускнеют в регулярном цикле, и Ливитт показал, что внутренняя яркость связана с продолжительностью этого цикла.

Закон Ливитта, как его теперь называют, позволяет ученым использовать цефеиды в качестве «стандартных свечей». : объекты, внутренняя яркость которых известна и, следовательно, расстояние до которых можно рассчитать.

Как это работает? Представьте, что сейчас ночь, и вы стоите на длинной темной улице с несколькими фонарными столбами вдоль дороги. Теперь представьте, что на каждом фонарном столбе установлены лампочки одного типа и одинаковой мощности. Вы заметите, что далекие кажутся тусклее ближайших.

Мы знаем, что свет тускнеет пропорционально расстоянию, согласно так называемому закону обратных квадратов для света. Теперь, если вы можете измерить, насколько ярким вам кажется каждый источник света, и если вы уже знаете, насколько ярким он должен быть, вы сможете вычислить, на каком расстоянии находится каждый световой столб.

В 1929 году в другом США Астроном Эдвин Хаббл смог найти некоторое количество этих звезд-цефеид в других галактиках и измерить расстояние до них — и по этим расстояниям и другим измерениям он смог определить, что Вселенная расширяется.

Разные методы дают разные результаты

Этот метод стандартной свечи является мощным и позволяет нам измерять огромную Вселенную. Мы всегда ищем разные свечи, которые можно лучше измерить и увидеть на гораздо больших расстояниях.

Некоторые недавние попытки измерить Вселенную дальше от Земли, такие как проект SH0ES, частью которого я был, под руководством Лауреат Нобелевской премии Адам Рисс использовал цефеиды вместе с типом взрывающейся звезды, называемой сверхновой типа Ia, которую также можно использовать в качестве стандартной свечи.

Есть и другие методы измерения постоянной Хаббла, например один который использует космический микроволновый фон — реликтовый свет или излучение, которое начало распространяться во Вселенной вскоре после Большого взрыва.

Проблема в том, что эти два измерения, одно рядом с использованием сверхновых и цефеид, а другое намного дальше при использовании микроволнового фона различаются почти на 10 процентов. Астрономы называют эту разницу хаббловским натяжением и ищут новые методы измерения для ее разрешения.

Новый метод: гравитационное линзирование

В нашей новой работе мы успешно использовали новый метод измерения этой скорости расширения Вселенной. Работа основана на сверхновой под названием Сверхновая Рефсдала.

В 2014 году наша команда обнаружила несколько изображений одной и той же сверхновой — впервые наблюдалась такая «линзовая» сверхновая. Вместо того, чтобы космический телескоп Хаббл увидел одну сверхновую, мы увидели пять!

Как это происходит? Свет от сверхновой распространялся во всех направлениях, но он путешествовал через пространство, искривленное огромными гравитационными полями огромного скопления галактик, которые искривили часть пути света таким образом, что он пришел на Землю несколькими путями. . Каждое появление сверхновой достигало нас разными путями через Вселенную.

Представьте, что три поезда отправляются с одной и той же станции в одно и то же время. Однако один идет прямо до следующей станции, другой совершает дальний путь через горы, а третий – по побережью. Все они отправляются и прибывают на одни и те же станции, но совершают разные поездки, поэтому, отправляясь в одно и то же время, они прибудут в разное время.

Итак, наши линзовые изображения показывают одну и ту же сверхновую, которая взорвалась в определенный момент времени, но каждое изображение прошел другой путь. Наблюдая за прибытием на Землю каждого появления сверхновой звезды — одно из которых произошло в 2015 году, после того как взорвавшуюся звезду уже заметили, — мы смогли измерить время их движения и, следовательно, насколько выросла Вселенная, пока изображение находился в пути.

Мы уже там?

Это дало нам другое, но уникальное измерение роста Вселенной. В статьях мы находим, что это измерение ближе к измерению космического микроволнового фона, а не к измерению ближайших цефеид и сверхновых. Однако, исходя из ее местоположения, она должна быть ближе к измерениям цефеид и сверхновых.

Хотя это вовсе не решает споров, это дает нам еще один ключ к разгадке. Может быть проблема со значением сверхновой, или с нашим пониманием скоплений галактик и моделей, применяемых для линзирования, или с чем-то совершенно другим.

Как дети на заднем сиденье машины в поездке спрашивают «Мы уже там», мы до сих пор не знаем.

Брэд Э. Такер, астрофизик, Австралийский национальный университет

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.