Opublikowano właśnie najnowsze pomiary stałej Hubble'a (H0). Ta fundamentalna wartość obowiązuje w całej kosmologii – określa ona tempo rozszerzania się Wszechświata, jego wiek, ilość obecnej w nim ciemnej materii, i wiele, wiele więcej. Zespół HOLiCOW zastosował do jej oszacowania niezależną, nową metodę pomiaru ekspansji Kosmosu. Bazuje ona na obserwacjach odległych kwazarów, których obraz jest powiększony przez znajdujące się pomiędzy nimi a Ziemią, wielkie soczewki grawitacyjne. Uzyskane wyniki zgadzają się z grubsza z pomiarami dla bliższego, lokalnego Wszechświata – co jednak paradoksalnie wskazuje na to, że w naszym obecnym, przyjętym modelu Kosmosu czegoś jeszcze brakuje...
Soczewkowanie grawitacyjne pojawia się wtedy, gdy duży, masywny obiekt – taki jak galaktyka – leży na linii łączącej obserwatora na Ziemi z innym, bardzo odległym ciałem niebieskim. Z Ogólnej Teorii Względności wynika wówczas, że światło z tego bardziej odległego obiektu tła jest odkształcone i wzmocnione, a obiekt leżący „pomiędzy” zachowuje się jak skupiająca soczewka optyczna. W rezultacie astronomowie mogą obserwować zazwyczaj (zazwyczaj, bo efekty soczewkowania bywają w bardzo różne) kilka wzmocnionych, powiększonych obrazów bardzo dalekiego i w innych warunkach niemożliwego do obserwacji ciała.
Naukowcy z HOLiCOW prowadzili takie obserwacje za pomocą wielu teleskopów orbitalnych i naziemnych, w tym Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, Kosmicznego Teleskopu Spitzera, Teleskopu Subaru oraz Teleskopów Gemini i Kecka. Uzyskali tym sposobem kilka znacznie powiększonych obrazów odległych kwazarów, które wykorzystano następnie do pomiaru stałej Hubble'a i tempa ekspansji Wszechświata.
Znając dokładne kształty soczewek grawitacyjnych oraz odległości i położenia znajdujących się daleko za nimi kwazarów naukowcy mogli porównać różne ścieżki ich docierającego do nich światła. Światło to przychodziło z różnym opóźnieniem na skutek takiej a nie innej, złożonej budowy soczewek. A ponieważ samo promieniowanie świetlne kwazarów jest zmienne, astronomowie byli w stanie prześledzić jego zmiany w czasie dla różnych ścieżek światła. Takie opóźnienia są ściśle powiązane z wartością samej stałej Hubble'a: są to więc teoretycznie proste, niemal bezpośrednie jej pomiary, w których zastosowana jest wyłącznie przyjęta za pewnik Teorii Względności, bez żadnych dodatkowych założeń. Dokładność takiej oceny wynosi około 3.8%.
Wymiar stałej H0 to kilometry na sekundę na megaparsek. Można ją także wyliczyć z prostej zależności H0 = v/d, gdzie v jest prędkością obiektu (na przykład - oddalającej się od nas galaktyki), a d – odległością do tego obiektu. To właśnie tempo ekspansji Wszechświata. Stała Hubble'a pojawia się w wielu wzorach i modelach kosmologicznych. To ona pozwala również ocenić skład i krzywiznę Kosmosu. Dokładna znajomość jej wartości mówi też astronomom wiele o tym, czy nasz obecny obraz Wszechświata jest poprawy, czy też może czegoś w nim jeszcze brakuje.
Ale z drugiej strony jest to jedna z najtrudniejszych wartości do precyzyjnego zmierzenia. Niezależnie, wykonane różnymi metodami pomiary są też kluczowe w nauce. W tym przypadku wiadomo już, że otrzymane przez zespół HOLiCOW wartości są w doskonałej zgodności z bardziej „tradycyjnymi” pomiarami stałej Hubble'a dla obiektów pobliskiego Wszechświata, zgodnie z przedstawionym powyżej wzorem. Problem leży jednak zupełnie gdzie indziej: oba te pomiary NIE są już w zgodzie z pomiarami tej stałej bazującymi na obserwacjach mikrofalowego promieniowania tła – promieniowania będącego pozostałością po Wielkim Wybuchu. Obserwujący je satelita Planck „wyznaczył” tę wartość na H0 = 66.93±0.62 km/s/Mpc. Ta wartość pasuje zresztą całkiem dobrze do przyjmowanych dziś za poprawne modeli kosmologicznych.
Ale oszacowania naukowców z HOLiCOW (H0 = 71.9±2.7 km/s/Mpc) są w kolei w świetnej zgodności ze stałą Hubble'a wyznaczoną przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a dla uciekających od nas galaktyk (H0 = 73.24±1.74 km/s/Mpc)!
Dlaczego otrzymane wyniki są aż tak różne? Nie jest to kwestia precyzji pomiarowej. Odpowiedź leży raczej w naszym fundamentalnym zrozumieniu Wszechświata jako całości. Czego więc jeszcze nie wiemy, lub co źle zrozumieliśmy? Zdaniem naukowców może być to coś bardzo podstawowego...
Czytaj więcej:
Naukowcy z HOLiCOW prowadzili takie obserwacje za pomocą wielu teleskopów orbitalnych i naziemnych, w tym Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, Kosmicznego Teleskopu Spitzera, Teleskopu Subaru oraz Teleskopów Gemini i Kecka. Uzyskali tym sposobem kilka znacznie powiększonych obrazów odległych kwazarów, które wykorzystano następnie do pomiaru stałej Hubble'a i tempa ekspansji Wszechświata.
Znając dokładne kształty soczewek grawitacyjnych oraz odległości i położenia znajdujących się daleko za nimi kwazarów naukowcy mogli porównać różne ścieżki ich docierającego do nich światła. Światło to przychodziło z różnym opóźnieniem na skutek takiej a nie innej, złożonej budowy soczewek. A ponieważ samo promieniowanie świetlne kwazarów jest zmienne, astronomowie byli w stanie prześledzić jego zmiany w czasie dla różnych ścieżek światła. Takie opóźnienia są ściśle powiązane z wartością samej stałej Hubble'a: są to więc teoretycznie proste, niemal bezpośrednie jej pomiary, w których zastosowana jest wyłącznie przyjęta za pewnik Teorii Względności, bez żadnych dodatkowych założeń. Dokładność takiej oceny wynosi około 3.8%.
Wymiar stałej H0 to kilometry na sekundę na megaparsek. Można ją także wyliczyć z prostej zależności H0 = v/d, gdzie v jest prędkością obiektu (na przykład - oddalającej się od nas galaktyki), a d – odległością do tego obiektu. To właśnie tempo ekspansji Wszechświata. Stała Hubble'a pojawia się w wielu wzorach i modelach kosmologicznych. To ona pozwala również ocenić skład i krzywiznę Kosmosu. Dokładna znajomość jej wartości mówi też astronomom wiele o tym, czy nasz obecny obraz Wszechświata jest poprawy, czy też może czegoś w nim jeszcze brakuje.
Ale z drugiej strony jest to jedna z najtrudniejszych wartości do precyzyjnego zmierzenia. Niezależnie, wykonane różnymi metodami pomiary są też kluczowe w nauce. W tym przypadku wiadomo już, że otrzymane przez zespół HOLiCOW wartości są w doskonałej zgodności z bardziej „tradycyjnymi” pomiarami stałej Hubble'a dla obiektów pobliskiego Wszechświata, zgodnie z przedstawionym powyżej wzorem. Problem leży jednak zupełnie gdzie indziej: oba te pomiary NIE są już w zgodzie z pomiarami tej stałej bazującymi na obserwacjach mikrofalowego promieniowania tła – promieniowania będącego pozostałością po Wielkim Wybuchu. Obserwujący je satelita Planck „wyznaczył” tę wartość na H0 = 66.93±0.62 km/s/Mpc. Ta wartość pasuje zresztą całkiem dobrze do przyjmowanych dziś za poprawne modeli kosmologicznych.
Ale oszacowania naukowców z HOLiCOW (H0 = 71.9±2.7 km/s/Mpc) są w kolei w świetnej zgodności ze stałą Hubble'a wyznaczoną przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a dla uciekających od nas galaktyk (H0 = 73.24±1.74 km/s/Mpc)!
Dlaczego otrzymane wyniki są aż tak różne? Nie jest to kwestia precyzji pomiarowej. Odpowiedź leży raczej w naszym fundamentalnym zrozumieniu Wszechświata jako całości. Czego więc jeszcze nie wiemy, lub co źle zrozumieliśmy? Zdaniem naukowców może być to coś bardzo podstawowego...
Czytaj więcej:
Źródło: astronomy.com
Zdjęcie: stanowiąca doskonałą soczewkę grawitacyjną galaktyka G2237 + 0305 (pośrodku) i cztery powiększone obrazy pojedynczego (w rzeczywistości) kwazara w tle.
Źródło: NASA, ESA, and STScI
