Nowe dane z teleskopu Webba sugerują, że nasz model Wszechświata może się jednak utrzymać.
Wiemy wiele rzeczy na temat naszego Wszechświata, ale astronomowie wciąż debatują nad tym, jak szybko się on rozszerza. W w ciągu ostatnich dwóch dekad dwa główne sposoby pomiaru tej liczby – znanej jako stała Hubble’a – dały różne odpowiedzi, co skłoniło niektórych do zastanowienia się, czy czegoś przypadkiem nie brakuje w naszym modelu funkcjonowania Wszechświata. Jednak nowe pomiary z potężnego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) wydają się sugerować, że konflikt, znany również jako „napięcie Hubble’a”, może być pozorny.
W nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie „The Astrophysical Journal„” Wendy Freedman, znana astronom i profesor astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie w Chicago, i jej koledzy przeanalizowali nowe dane zebrane przez JWST. Zmierzyli odległość do dziesięciu pobliskich galaktyk i wyznaczyli nową wartość tempa, w jakim Wszechświat rozszerza się w chwili obecnej. Ich pomiar, 70 km/s/Mpc, pokrywa się z inną główną metodą wyznaczania stałej Hubble’a.
W oparciu o te nowe dane pozyskane dzięki JWST i przy użyciu trzech niezależnych metod nie znaleźliśmy mocnych dowodów na napięcie Hubble’a – powiedziała Freedman. Wręcz przeciwnie – wygląda na to, że nasz standardowy model kosmologiczny wyjaśniający ewolucję Wszechświata trzyma się mocno.
Napięcie Hubble’a?
Od 1929 roku, kiedy to Edwin Hubble dokonał pomiarów gwiazd, które wykazały, że najbardziej odległe galaktyki oddalają się od Ziemi szybciej niż bliższe nam galaktyki, wiemy, że Wszechświat rozszerza się w czasie. Zaskakująco trudno było jednak ustalić dokładną liczbę określającą, jak szybko Wszechświat rozszerza się obecnie.
Liczba ta, znana jako stała Hubble’a, jest niezbędna do zrozumienia historii Wszechświata. Jest kluczową częścią naszego modelu ewolucji Wszechświata w czasie.
Potwierdzenie prawdziwości stałej Hubble’a miałoby znaczące konsekwencje zarówno dla fizyki fundamentalnej, jak i współczesnej kosmologii – wyjaśniła Freeman.
Z uwagi na znaczenie, a także trudności w dokonywaniu tych pomiarów naukowcy testują je różnymi metodami, aby upewnić się, że są one tak dokładne, jak to tylko możliwe.
Jedno z głównych podejść obejmuje badania światła pozostałego po Wielkim Wybuchu, znanego jako mikrofalowe promieniowanie tła. Obecnie najlepsze oszacowania stałej Hubble’a za pomocą tej metody, która jest bardzo dokładna, wynosi 67,4 km/s/Mpc.
Drugą ważną metodą, w której specjalizuje się Freedman, jest bezpośredni pomiar ekspansji galaktyk w naszym lokalnym kosmicznym sąsiedztwie przy użyciu gwiazd o znanej jasności. Podobnie jak światła samochodu wydają się mniej jasne, gdy pojazd jest daleko, wraz ze wzrostem odległości gwiazdy wydają się coraz bledsze. Pomiar odległości i prędkości, z jaką galaktyki się od nas oddalają, mówi nam, jak szybko rozszerza się Wszechświat.
W przeszłości pomiary tą metodą dawały wyższą wartość stałej Hubble’a – bliższą 74 km/s/Mpc.
Różnica ta jest na tyle duża, że niektórzy naukowcy spekulują, iż w naszym standardowym modelu ewolucji Wszechświata może brakować czegoś istotnego – np. ponieważ jedna metoda dotyczy najwcześniejszych dni Wszechświata, a druga obecnej epoki, być może z czasem we Wszechświecie zmieniło się coś dużego. To pozorne niedopasowanie stało się znane jako napięcie Hubble’a.
JWST wkracza do akcji
Teleskop ten to nowe, potężne narzędzie do patrzenia w głąb kosmosu. Wystrzelony w 2021 roku następca teleskopu Hubble’a (HST) wykonał oszałamiająco ostre zdjęcia, ujawnił nowe aspekty odległych światów i zebrał bezprecedensowe dane, otwierając nowe okna na Wszechświat. Freedman i jej koledzy wykorzystali go do wykonania pomiarów dziesięciu pobliskich galaktyk, które stanowią podstawę do pomiaru tempa ekspansji Wszechświata.
Aby sprawdzić swoje wyniki, zastosowali trzy niezależne metody. Pierwsza z nich wykorzystuje typ gwiazdy znanej jako cefeida, która w przewidywalny sposób zmienia swoją jasność w czasie. Druga metoda jest znana jako „Tip of the Red Giant Branch” i wykorzystuje fakt, że gwiazdy o niskiej masie osiągają ustaloną górną granicę swoich jasności. Trzecia i najnowsza metoda wykorzystuje typ gwiazd zwanych gwiazdami węglowymi, które mają spójne barwy i jasności w widmie bliskiej podczerwieni. Nowa analiza jest pierwszą, która wykorzystuje wszystkie trzy metody jednocześnie do badania tych samych galaktyk.
W każdym przypadku wartości te mieściły się w marginesie błędu dla wartości uzyskanej metodą mikrofalowego promieniowania tła, wynoszącej 67,4 km/s/Mpc.
Uzyskanie zgodnych wyników w przypadku trzech zupełnie różnych typów gwiazd jest dla nas mocnym wskaźnikiem, że jesteśmy na dobrej drodze – powiedziała Freedman.
Przyszłe obserwacje za pomocą JWST będą miały kluczowe znaczenie dla potwierdzenia lub obalenia napięcia Hubble’a i oceny implikacji dla kosmologii – powiedział Barry Madore z Carnegie Institution for Science w Waszyngtonie, współautor badania.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- New Webb Telescope data suggests our model of the universe may hold up after all
- Status Report on the Chicago-Carnegie Hubble Program (CCHP): Three Independent Astrophysical Determinations of the Hubble Constant Using the James Webb Space Telescope
Źródło: University of Chicago
Na ilustracji: Galaktyka NGC 3972. Źródło: Yuval Harpaz i JWST
