Nosaukums “tumšā enerģija” ir tikai spēka, neatkarīgi no tā, kas tas ir, viete, kurš izraisa Visuma paplašināšanos. Jauni vairāku Cepheid mainīgo zvaigžņu novērojumi, izmantojot Habla kosmisko teleskopu, ir precizējuši Universa pašreizējā izplešanās ātruma mērījumus ar precizitāti, ja kļūda ir mazāka par pieciem procentiem. Jaunā izplešanās ātruma vērtība, kas pazīstama kā Habla konstante jeb H0 (pēc Edvina Habla, kurš pirmo reizi izmērīja Visuma izplešanos gandrīz pirms gadsimta), ir 74,2 kilometri sekundē uz megaparsecu (kļūdas robeža ± 3,6). Rezultāti precīzi sakrīt ar iepriekšējiem Habla mērījumiem ar ātrumu 72 ± 8 km / sek / megaparsec, bet tagad ir vairāk nekā divreiz precīzi.
Habla mērījums, kuru veica SHOES (Supernova H0 valsts vienādojumam) komanda un kuru vadīja Ādams Riess no Kosmiskā teleskopa zinātnes institūta un Džona Hopkinsa universitātes, izmanto vairākus uzlabojumus, lai pilnveidotu un stiprinātu kosmiskās konstrukcijas veidošanos. “Attāluma kāpnes” ir miljards gaismas gadu garš, ko astronomi izmanto, lai noteiktu Visuma izplešanās ātrumu.
Habla novērojumi par pulsējošajiem Cepheid mainīgajiem lielumiem tuvējā kosmiskās jūdzes marķierā - galaktikā NGC 4258 un neseno supernovu saimnieku galaktikās - tieši saista šos attāluma rādītājus. Habla izmantošana šo kāpņu savienošanai ar kāpnēm novērsa sistemātiskas kļūdas, kuras gandrīz neizbēgami tiek ieviestas, salīdzinot dažādu teleskopu mērījumus.
Riess skaidro jauno paņēmienu: “Tas ir tāpat kā izmērīt ēku ar garu mērlenti, nevis pārvietot pagalma nūju pa galu. Jums jāizvairās no mazo kļūdu, kas tiek pieļautas katru reizi, pārvietojot mērauklu, apvienošanas. Jo augstāka ēka, jo lielāka kļūda. ”
Lūkass Makri, Teksasas A&M fizikas un astronomijas profesors un nozīmīgs rezultātu līdzstrādnieks, sacīja: “Kefīdi ir attāluma kāpņu mugurkauls, jo to viegli novērojamie pulsācijas periodi tieši korelē ar to gaismas intensitāti. Vēl viens mūsu kāpņu uzlabojums ir fakts, ka mēs esam novērojuši kefeīdus elektromagnētiskā spektra tuvās un infrasarkanās daļas vietās, kur šīs mainīgās zvaigznes ir labāki attāluma rādītāji nekā pie optiskā viļņa garuma. ”
Šī jaunā, precīzākā Habla konstantes vērtība tika izmantota, lai pārbaudītu un ierobežotu tumšās enerģijas - enerģijas formas, kas telpā rada atgrūdošu spēku - īpašības, kas izraisa Visuma izplešanās ātruma paātrināšanos.
Iekaujot visuma izplešanās vēsturi starp šodienu un laiku, kad Visums bija tikai aptuveni 380 000 gadu vecs, astronomi spēja noteikt tumšās enerģijas raksturu, kas liek paplašināties paātrināt. (Mērījumu tālajam, agrīnajam Visumam iegūst no svārstībām kosmiskajā mikroviļņu fona apstākļos, kā to atrisināja NASA Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde, WMAP, 2003. gadā.)
Viņu rezultāts atbilst vienkāršākajai tumšās enerģijas interpretācijai: ka tas matemātiski ir līdzvērtīgs Alberta Einšteina hipotētiskajai kosmoloģiskajai konstantei, kas ieviesta pirms gadsimta, lai iespiestu kosmosa audumu un neļautu Visumam sabrukt gravitācijas spēka ietekmē. (Einšteins tomēr noņemja konstantu, kad Edvīns Habls atklāja Visuma paplašināšanos.)
"Ja jūs ievietotu lodziņā visus veidus, kā tumšā enerģija var atšķirties no kosmoloģiskās konstantes, šī kaste tagad būtu trīs reizes mazāka," saka Riess. "Tas ir progress, bet mums vēl tāls ceļš ejams, lai noskaidrotu tumšās enerģijas raksturu."
Lai arī kosmoloģiskā konstante bija iecerēta jau sen, novērojumi par tumšo enerģiju tika iegūti tikai pirms 11 gadiem, kad notika divi pētījumi, kurus vadīja Riess un Brian Schmidt no Štromlo kalna observatorijas, bet otru veica Saul Perlmutter no Lawrence Berkeley. Nacionālā laboratorija atklāja tumšo enerģiju patstāvīgi, daļēji ar Habla novērojumiem. Kopš tā laika astronomi ir veikuši novērojumus, lai labāk raksturotu tumšo enerģiju.
Riesa pieeja, lai sašaurinātu alternatīvos tumšās enerģijas skaidrojumus - neatkarīgi no tā, vai tā ir statiska kosmoloģiska konstante vai dinamisks lauks (piemēram, atbaidošs spēks, kas izraisīja inflāciju pēc lielā sprādziena) - ir jāturpina precizēt Visuma izplešanās vēstures mērījumus.
Pirms Habla darbības uzsākšanas 1990. gadā Habla konstantes aplēses mainījās divreiz. Deviņdesmito gadu beigās Habla kosmiskā teleskopa atslēgas projekts ekstragalaktiskā attāluma skalā precizēja Habla konstantes vērtību ar kļūdu tikai aptuveni desmit procentos. Tas tika paveikts, novērojot Cepheid mainīgos lielumus optisko viļņu garumā līdz lielākiem attālumiem, nekā tika iegūts iepriekš, un salīdzinot tos ar līdzīgiem mērījumiem no zemes teleskopiem.
SHOES komanda izmantoja Habla blakus esošās infrasarkanās kameras un daudzobjektu spektrometru (NICMOS) un uzlaboto apsekojumu kameru (ACS), lai septiņās galaktikās novērotu 240 Cepheid mainīgās zvaigznes. Viena no šīm galaktikām bija NGC 4258, kuras attālumu ļoti precīzi noteica, novērojot ar radioteleskopiem. Pārējās sešās galaktikās nesen atradās Ia tipa supernovas, kas ir uzticami attāluma rādītāji vēl tālākiem mērījumiem Visumā. Visas Ia tipa supernovas eksplodē ar gandrīz vienādu enerģijas daudzumu un tāpēc tām ir gandrīz vienāds iekšējais spilgtums.
Novērojot kefīdus ar ļoti līdzīgām īpašībām gandrīz infrasarkano staru viļņu garumā visās septiņās galaktikās un izmantojot to pašu teleskopu un instrumentu, komanda spēja precīzāk kalibrēt supernovu spilgtumu. Izmantojot Habla jaudīgās spējas, komanda spēja apiet dažus šausmīgākos pakāpienus pa iepriekšējām distances kāpnēm, iesaistot neskaidrības Kefeīdu uzvedībā.
Riess galu galā vēlētos, lai Habla konstante tiktu precizēta līdz vērtībai ar kļūdu, kas nepārsniedz vienu procentu, lai vēl stingrākus ierobežojumus ierobežotu tumšās enerģijas risinājumus.
Avots: Kosmiskā teleskopa zinātnes institūts
