Nowa analiza danych z teleskopu Webb mierzy tempo ekspansji wszechświata, wykazuje, że może nie występować 'napięcie Hubble'a'

14 sierpnia 2024 roku

Ten artykuł został przeglądnięty zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy wyróżnili następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

• zweryfikowane faktycznie
• publikacja poddana recenzji rówieśników
• zaufany źródło
• skorygowany

przez Louise Lerner, University of Chicago

Wiele rzeczy wiemy o naszym wszechświecie, ale astronomowie wciąż dyskutują o dokładnym tempie jego ekspansji. W rzeczywistości, w ciągu ostatnich dwóch dekad, dwa główne sposoby pomiaru tego wskaźnika, znanego jako 'stała Hubble'a', dały różne odpowiedzi, co skłoniło niektórych do zastanowienia się, czy w naszym modelu funkcjonowania wszechświata nie brakuje czegoś istotnego.

Ale nowe pomiary, pochodzące z potężnego Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba, wydają się sugerować, że konflikt, znany również jako 'napięcie Hubble'a', może nie istnieć.

W artykule przedstawionym w Astrophysical Journal, obecnie dostępnym na serwerze preprintowym arXiv, kosmolog z Uniwersytetu Chicagowskiego, Wendy Freedman oraz jej współpracownicy, przeanalizowali nowe dane zebrane przez potężny Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba NASA. Zmierzyli odległość do 10 pobliskich galaktyk i wyznaczyli nową wartość tempa ekspansji wszechświata w obecnym czasie.

Ich pomiar, równy 70 kilometrom na sekundę na megaparsek, pokrywa się z inną główną metodą obliczania stałej Hubble'a.

'Na podstawie tych nowych danych z JWST i korzystając z trzech niezależnych metod, nie znaleźliśmy silnych dowodów na napięcie Hubble'a' - powiedziała Freedman, uznana astronomka i profesor astronomii na Uniwersytecie Chicagowskim. 'Wprost przeciwnie, wygląda na to, że nasz standardowy model kosmologiczny, wyjaśniający ewolucję wszechświata, sprawdza się.'

Od roku 1929 wiadomo, że wszechświat się rozszerza, gdy absolwent Uniwersytetu Chicagowskiego, Edwin Hubble (SB 1910, Ph.D. 1917), dokonał pomiarów gwiazd, które wskazywały, że najdalsze galaktyki oddalają się od Ziemi szybciej niż galaktyki znajdujące się bliżej. Jednakże okazało się zaskakująco trudne określenie dokładnej wartości tempa rozszerzania się wszechświata w obecnym czasie.

Ta wartość, znana jako stała Hubble'a, jest istotna dla zrozumienia genezy wszechświata. Jest kluczowym elementem modelu ewolucji wszechświata w czasie.

'Potwierdzenie rzeczywistości napięcia Hubble'a miałoby znaczące konsekwencje zarówno dla fizyki fundamentalnej, jak i współczesnej kosmologii' - wyjaśniła Freedman.

Mając na uwadze znaczenie oraz trudność w dokonywaniu tych pomiarów, naukowcy testują je za pomocą różnych metod, aby zapewnić jak największą dokładność.

Jedno z głównych podejść polega na badaniu pozostałości światła po Wielkim Wybuchu, znanego jako kosmiczne promieniowanie tła. Obecna najlepsza szacowana wartość stałej Hubble'a z tą metodą, która jest bardzo precyzyjna, wynosi 67,4 kilometra na sekundę na megaparsek.

Druga główna metoda, której Freedman się specjalizuje, polega na pomiarze ekspansji galaktyk w naszym lokalnym kosmicznym sąsiedztwie bezpośrednio, używając gwiazd, których jasności są znane. Tak jak światła samochodowe wydają się słabsze, gdy są daleko, w coraz większych odległościach gwiazdy wydają się coraz słabsze. Pomierzenie odległości i prędkości, z jaką galaktyki oddalają się od nas, pozwala nam określić, jak szybko rozszerza się wszechświat.

W przeszłości pomiary tą metodą zwróciły wyższą wartość stałej Hubble'a - zbliżoną do 74 kilometrów na sekundę na megaparsek.

Różnica ta jest wystarczająco duża, że niektórzy naukowcy spekulują, że w standardowym modelu ewolucji wszechświata może czegoś istotnego brakować. Na przykład, ponieważ jedna metoda przygląda się wczesnym dniom wszechświata, a druga obecnej epoce, być może coś znaczącego zmieniło się w wszechświecie w ciągu czasu. To pozorne niezgodności stało się znane jako 'napięcie Hubble'a'.

Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba, czyli JWST, oferuje ludzkości potężne narzędzie do zaglądania w głąb przestrzeni. Wystrzelony w 2021 roku, następca Teleskopu Hubble'a zrobił oszałamiająco ostre zdjęcia, ujawniając nowe aspekty odległych światów i zbierając bezprecedensowe dane, otwierając nowe okna na wszechświat.

Freedman i jej współpracownicy użyli teleskopu do dokonania pomiarów dziesięciu pobliskich galaktyk, co stanowi podstawę do pomiaru tempa ekspansji wszechświata.

W celu weryfikacji wyników, skorzystali z trzech niezależnych metod. Pierwsza metoda wykorzystuje rodzaj gwiazd znany jako gwiazdy zmienne typu Cepheida, które nieregularnie zmieniają swoją jasność w czasie. Druga metoda, znana jako 'Wierzchołek Gałęzi Czerwonych Olbrzymów', korzysta z faktu, że gwiazdy o niskiej masie osiągają stały górny limit swoich jasności.

Trzecia, najnowsza metoda wykorzystuje rodzaj gwiazd zwanego gwiazdami węglowymi, które mają stałe kolory i jasności w bliskiej podczerwieni widma światła. Nowa analiza jako pierwsza wykorzystuje wszystkie trzy metody jednocześnie, w tych samych galaktykach.

W każdym przypadku wartości mieściły się w granicach błędu wartości podanej przez metodę mikrofalowego tła kosmicznego wynoszącego 67,4 kilometra na sekundę na megaparsek.

'Uzyskanie dobrej zgodności z trzech zupełnie różnych typów gwiazd dla nas jest silnym wskaźnikiem, że idziemy we właściwym kierunku,' powiedziała Freedman.

'Przyszłe obserwacje za pomocą JWST będą kluczowe dla potwierdzenia bądź obalenia napięcia Hubble'a i oceny konsekwencji dla kosmologii,' powiedział współautor badania Barry Madore z Instytutu Carnegie dla Nauki oraz profesor wizytujący na Uniwersytecie w Chicago.

Więcej informacji: Wendy L. Freedman et al, Status Report on the Chicago-Carnegie Hubble Program (CCHP): Three Independent Astrophysical Determinations of the Hubble Constant Using the James Webb Space Telescope, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06153

Informacje o czasopiśmie: Astrophysical Journal , arXiv

Dostarczone przez University of Chicago