Ny analys av Webb-data mäter universets expansionshastighet, hittar att det kanske inte finns någon 'Hubble-spänning'

14 augusti 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörer har markerat följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

• faktagranskad
• peer-reviewed publikation
• pålitlig källa
• korrekturläs

av Louise Lerner, University of Chicago

Vi vet många saker om vårt universum, men astronomer diskuterar fortfarande exakt hur snabbt det expanderar. Faktum är att under de senaste två decennierna har två viktiga sätt att mäta detta tal - känd som "Hubbles konstant" - kommit fram till olika svar, vilket fått en del att undra om det saknades något i vår modell av hur universum fungerar.

Men nya mätningar från det kraftfulla rymdteleskopet James Webb verkar tyda på att det kanske inte finns någon konflikt, även känd som "Hubble-spänningen", trots allt.

I en artikel som skickats till The Astrophysical Journal, som för närvarande finns tillgänglig på arXiv preprint-server, analyserade kosmologen Wendy Freedman och hennes kollegor vid University of Chicago nya data tagna av NASA:s kraftfulla rymdteleskop James Webb. De mätte avståndet till 10 närliggande galaxer och mätte ett nytt värde för den hastighet med vilken universum expanderar för närvarande.

Deras mätning, 70 kilometer per sekund per megaparsec, överlappar den andra huvudmetoden för Hubble-konstanten.

"Baserat på dessa nya JWST-data och med tre oberoende metoder hittar vi inga starka bevis för en Hubble-spänning", säger Freedman, välkänd astronom och John och Marion Sullivan University Professor i astronomi och astrofysik vid University of Chicago. "Tvärtom, det ser ut som att vår kosmologiska standardmodell för att förklara universums utveckling håller i sig."

Vi har vetat att universum expanderar över tiden ända sedan 1929, när UChicago-alun Edwin Hubble (SB 1910, Ph.D. 1917) gjorde mätningar av stjärnor som indikerade att de mest avlägsna galaxerna rörde sig bort från jorden snabbare än närliggande galaxer. Men det har varit förvånansvärt svårt att fastställa den exakta siffran för hur snabbt universum expanderar vid den aktuella tiden.

Detta nummer, känt som Hubble-konstanten, är viktigt för att förstå universums bakgrund. Det är en viktig del av vår modell av hur universum utvecklas över tid.

"Att bekräfta verkligheten av Hubbles konstanta spänning skulle få betydande konsekvenser för både grundläggande fysik och modern kosmologi," förklarade Freedman.

Med tanke på vikten och även svårigheten att göra dessa mätningar, testar forskare dem med olika metoder för att se till att de är så exakta som möjligt.

Ett stort tillvägagångssätt innebär att studera det kvarvarande ljuset från efterdyningarna av Big Bang, känd som den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Den nuvarande bästa uppskattningen av Hubble-konstanten med denna metod, som är mycket exakt, är 67,4 kilometer per sekund per megaparsek.

Den andra stora metoden, som Freedman är specialiserad på, är att mäta expansionen av galaxer i vårt lokala kosmiska grannskap direkt med hjälp av stjärnor vars ljusstyrka är känd. Precis som billjusen ser svagare ut när de är långt borta, på allt större avstånd, verkar stjärnorna blekare och svagare. Att mäta avstånden och hastigheten med vilken galaxerna rör sig bort från oss berättar sedan hur snabbt universum expanderar.

Tidigare gav mätningar med den här metoden ett högre värde för Hubble-konstanten - närmare 74 kilometer per sekund per megaparsek.

Denna skillnad är tillräckligt stor för att vissa forskare spekulerar i att något betydande kan saknas i vår standardmodell av universums utveckling. Till exempel, eftersom den ena metoden tittar på universums tidigaste dagar och den andra ser på den nuvarande epoken, kanske något stort förändrats i universum över tiden. Denna uppenbara obalans har blivit känd som "Hubbles spänning".

James Webb Space Telescope eller JWST, erbjuder mänskligheten ett kraftfullt nytt verktyg för att se djupt ut i rymden. Efterföljaren till Hubble-teleskopet, som lanserades 2021, har tagit fantastiskt skarpa bilder, avslöjat nya aspekter av avlägsna världar och samlat in data utan motstycke och öppnat nya fönster i universum.

Freedman och hennes kollegor använde teleskopet för att göra mätningar av tio närliggande galaxer som ger en grund för mätningen av universums expansionshastighet.

För att dubbelkontrollera deras resultat använde de tre oberoende metoder. Den första använder en typ av stjärna som kallas en Cepheid variabel stjärna, som varierar förutsägbart i sin ljusstyrka över tiden. Den andra metoden är känd som "Tip of the Red Giant Branch" och använder det faktum att stjärnor med låg massa når en fast övre gräns för sin ljusstyrka.

Den tredje och nyaste metoden använder en typ av stjärna som kallas kolstjärnor, som har konsekventa färger och ljusstyrkor i det nära-infraröda ljusspektrumet. Den nya analysen är den första som använder alla tre metoderna samtidigt, inom samma galaxer.