Cik ātri Visums paplašinās? Tas ir jautājums, uz kuru astronomi nav spējuši precīzi atbildēt. Viņiem ir nosaukums Visuma izplešanās ātrumam: Habla konstante vai Habla likums. Bet mērījumi arvien nāk klajā ar dažādām vērtībām, un astronomi jau vairākus gadu desmitus diskutē par šo jautājumu.
Habla konstantes mērīšanas pamatideja ir aplūkot tālu gaismas avotus, parasti supernovu vai mainīgu zvaigžņu veidu, ko dēvē par “standarta svecēm”, un izmērīt to gaismas sarkano nobīdi. Bet neatkarīgi no tā, kā to dara astronomi, viņi nevar nākt klajā ar saskaņotu vērtību, tikai vērtību diapazonu. Jauns pētījums, kurā iesaistīti kvazāri un gravitācijas objektīvi, varētu palīdzēt atrisināt šo problēmu.
Tas, ka Visums paplašinās, nav apšaubāms. Mēs to zinām apmēram 100 gadus. Gaisma no tālām galaktikām ir sarkani nobīdīta, kad tās attālās no mums, un, izmērot šo sarkano nobīdi, tika iegūtas dažādas vērtības universālai izplešanās pakāpei.
"Habla konstante nostiprina Visuma fizisko mērogu."
Saimons Birrers, UCLA pēcdoktorantūras pētnieks un pētījuma galvenais autors.
Izplešanās ātrumu mēra kilometros sekundē uz Megaparsec, uzrakstot kā (km / s) / Mpc. Piemēram, kaut kas paplašinās ar ātrumu 10 (km / s) / Mpc, nozīmē, ka divi punkti kosmosā, kas atrodas 1 megaparseka attālumā (ekvivalents 3,26 miljoniem gaismas gadu), sacenšas viens no otra ar ātrumu 10 kilometri uz vienu otrais.
Kad tas pirmo reizi tika atklāts 20. gadsimta 20. gados, tika uzskatīts, ka izplešanās ātrums ir 625 kps / Mpc. Bet, sākot ar piecdesmitajiem gadiem, labāki pētījumi to novērtēja kā mazāku par 100 kps / MPK. Pēdējās desmitgadēs vairāki pētījumi ir izmērījuši izplešanās ātrumu un nāk ar ātrumu no aptuveni 67 līdz 77 kps / Mpc.
Bet zinātne nepieņems virkni atbilžu par kaut ko tādu, kam vajadzētu būt vienai vērtībai. Tā nebūtu zinātne, ja tā darītu. Tāpēc zinātnieki turpina izmēģināt dažādus Habla konstantes mērīšanas veidus, lai noskaidrotu, vai viņi to var pareizi saprast, jo Habla konstante ir kas vairāk nekā tikai Visuma izplešanās mērījums.
“Habla konstante nostiprina Visuma fizisko mērogu,” sacīja Simons Birrers, UCLA pēcdoktorantūras pētnieks un pētījuma galvenais autors. Bez precīzas Habla konstantes vērtības astronomi nevar precīzi noteikt attālo galaktiku izmērus, Visuma vecumu vai kosmosa izplešanās vēsturi. Tāpēc to pareizi sakārtot ir daudz.
Jauns pētījums, kas tikko publicēts Karaliskās astronomijas biedrības ikmēneša paziņojumos, mēģina jaunu metodi Habla konstantes mērīšanai. Pētījumu vada UCLA astronomu komanda, un tā paļaujas uz tālajiem kvazāriem, kuru gaisma iziet gravitācijas objektīvu, pirms tā sasniedz Zemi.
Kvazāri ir īpaši spilgti objekti. Tos sauc arī par aktīviem galaktikas kodoliem, jo tiek uzskatīts, ka tos izraisa supermasīvi melnie caurumi galaktiku centrā. To izstaroto elektromagnētisko starojumu izraisa virpuļojošais uzlējuma disks ap melno caurumu. Tā kā matērijas disks ap caurumu paātrinās, tas izstaro milzīgu enerģijas daudzumu.
Tā kā kvazāri ir tik spoži, tos var redzēt no liela attāluma. Tas viņus padara ne tikai aizraujošus mācību objektus, bet arī noderīgus kā marķierus Habla likuma izpētei.
Gravitācijas izkliedēšana notiek, kad gaismas avots no ļoti tālu objekta, kurš šajā pētījumā ir kvazārs, sastopas ar galaktiku, kas iejaucas, pirms tā sasniedz novērotājus uz Zemes. Galaktikas galējā masa ir pietiekama, lai saliektu gaismu, līdzīgi kā to dara stikla lēca. Rezultāts ir sava veida “spoguļu mājas” efekts. Zemāk redzamais attēls parāda, kā tas izskatās. Gravitācijas objektīvu atklāšana ir visciešāk saistīta ar Einšteinu, lai gan tas tika novērots tikai 1979. gadā.
Šis pētījums koncentrējās uz divkāršajiem kvazāriem. Divkāršais kvazārs, dažreiz saukts par dvīņu kvazāru, nav divi kvazāri tuvu viens otram, bet drīzāk gravitācijas objektīva efekts. Ar divkāršu kvazāru viņu gaisma tiek izkliedēta ap iejaucamo galaktiku, pirms nonāk Zemei, iegūstot divus kvazāra attēlus. Neviens iepriekšējs pētījums nav tos izmantojis, lai mēģinātu noteikt Visuma paplašināšanās ātrumu.
Tā kā gaisma no kvazāra ir saliekta ap galaktiku, kas iejaucas, iegūstot viena un tā paša kvazāra divus attēlus, tā rada unikālu novērošanas iespēju. Gaisma, kas rada atsevišķus kvazāra attēlus, katram attēlam ved atšķirīgu ceļu. Tā kā kvazāra gaisma svārstās, mirgošana katrā no diviem attēliem tiek aizkavēta.
Izmērot laika kavēšanos starp mirgošanu un zinot iejaukšanās galaktikas masu, komanda secināja attālumus starp Zemi, objektīva galaktiku un kvazāru. Zinot kvazāra un galaktikas sarkanās nobīdes, zinātnieki ļāva novērtēt, cik ātri Visums paplašinās.
Šis pētījums koncentrējās uz divkāršo kvazāru ar nosaukumu SDSS J1206 + 4332, kā arī balstījās uz Habla kosmiskā teleskopa, Gemini un W.M datiem. Nozīmīgas observatorijas un no gravitācijas lēcu kosmoloģiskā monitoringa jeb COSMOGRAIL tīkla. Komanda vairākus gadus pavadīja, ikdienā fotografējot dubultā kvazāru, kas viņiem deva ļoti precīzus laika nobīdes starp mirgošanu mērījumus. Apvienojot ar citiem datiem, tas astronomiem deva vienu no labākajiem Habla konstantes mērījumiem.
"Šī mērījuma skaistums ir tāds, ka tas ļoti papildina un ir neatkarīgs no citiem," sacīja Tommasso Treu, UCLA fizikas un astronomijas profesors un papīra vecākais autors.
Tātad, cik ātri tas paplašinās?
“… Visums ir nedaudz sarežģītāks.
Tommasso Treu, UCLA fizikas un astronomijas profesors.
Komanda nāca klajā ar Habla konstantes vērtību 72,5 kilometri sekundē uz megaparseku. Tas saskaņo ar citiem mērījumiem, kuros Habla konstantes mērīšanai kā standarta sveces tika izmantotas tālu supernovas. Bet tas ir par aptuveni 7% lielāks nekā mērījumi, kuru mērīšana balstās uz kosmiskā mikroviļņu fona.
Ar to vēl nebeidzas debates par Habla likumu. Joprojām pastāv ievērojama atšķirība starp mērīšanas metodēm. Ko tas nozīmē? "Ja starp šīm vērtībām pastāv faktiska atšķirība, tas nozīmē, ka Visums ir nedaudz sarežģītāks," sacīja Treu. Treu arī sacīja, ka viens no mērījumiem vai pat visi trīs ir nepareizi.
Komanda turpinās izmantot savu kvazārā objektīva mērīšanas metodi. Viņi aplūko 40 četrkāršus kvazārus, lai, cerams, sniegtu vēl precīzākus Visuma izplešanās ātruma mērījumus.
Avoti:
- Pētniecības dokuments: H0LiCOW – IX. Divkārši attēlotā kvazāra SDSS 1206 + 4332 kosmogrāfiskā analīze un jauns Habla konstantes mērījums
- UCLA paziņojums presei: dubultā redzēšana varētu palīdzēt atrisināt domstarpības par to, cik ātri Visums paplašinās
- H0LiCOW
- Wikipedia Entry: Habla likums
