Ako rýchlo sa vesmír rozširuje? To je otázka, na ktorú astronómovia neboli schopní presne odpovedať. Majú názov pre mieru expanzie vesmíru: Hubbleov konštant alebo Hubbleov zákon. Merania však stále prichádzajú s rôznymi hodnotami a astronómovia diskutujú o tejto otázke celé desaťročia.
Základnou myšlienkou merania Hubbleovho konštantu je pozerať sa na vzdialené zdroje svetla, zvyčajne na druh supernovy alebo premenných hviezd, ktoré sa označujú ako „štandardné sviečky“, a merať červený posun ich svetla. Ale bez ohľadu na to, ako to robia astronómovia, nemôžu prísť s dohodnutou hodnotou, iba s rozsahom hodnôt. Nová štúdia zahŕňajúca kvazary a gravitačné šošovky by mohla pomôcť vyriešiť tento problém.
To, že sa vesmír rozširuje, nie je sporné. Toto sme poznali asi 100 rokov. Svetlo zo vzdialených galaxií je červené, keď sa od nás vzdialia a meria sa, že červený posun vytvoril rôzne hodnoty pre univerzálnu expanziu.
"Hubbleova konštanta zakotvuje fyzickú mierku vesmíru."
Simon Birrer, postgraduálny vedec UCLA a hlavný autor štúdie.
Miera expanzie sa meria v kilometroch za sekundu na Megaparsec, zapísanú ako (km / s) / Mpc. Napríklad niečo, čo sa rozširuje rýchlosťou 10 (km / s) / Mpc znamená, že dva body v priestore 1 megaparsec od seba (ekvivalent 3,26 milióna svetelných rokov) pretekajú jeden od druhého rýchlosťou 10 km / s na druhom mieste.
Keď bolo prvýkrát objavené v 20. rokoch 20. storočia, považovala sa miera expanzie za 625 kps / Mpc. Ale začiatkom 50. rokov 20. storočia bol lepší výskum meraný ako menej ako 100 kps / Mpc. V posledných niekoľkých desaťročiach sa pomocou viacerých štúdií merala miera expanzie a prichádzajú s rýchlosťami medzi približne 67 až 77 kps / Mpc.
Veda však neprijme množstvo odpovedí na niečo, čo by malo mať jednu hodnotu. Keby to tak nebolo, nebola by to veda. Vedci teda stále skúšajú rôzne spôsoby merania Hubbleovho konštanta, aby zistili, či to dokážu napraviť správne, pretože Hubblova konštanta je viac ako len meranie expanzie vesmíru.
"Hubbleova konštanta zakotvuje fyzickú mierku vesmíru," uviedol Simon Birrer, postgraduálny vedec UCLA a hlavný autor štúdie. Bez presnej hodnoty Hubbleovej konštanty nemôžu astronómovia presne určiť veľkosť vzdialených galaxií, vek vesmíru ani históriu expanzie vesmíru. Správne riešenie je veľký problém.
Nová štúdia, ktorá bola práve uverejnená v mesačných oznámeniach Kráľovskej astronomickej spoločnosti, sa pokúša o novú metódu merania Hubbleovho konštanta. Výskum vedie tím astronómov v UCLA a spolieha sa na vzdialené kvázary, ktorých svetlo prechádza gravitačným šošovkom skôr, ako sa dostane na Zem.
Kvazary sú veľmi jasné objekty. Nazývajú sa tiež aktívne galaktické jadrá, pretože sa predpokladá, že sú spôsobené supermasívnymi čiernymi dierami v strede galaxií. Elektromagnetické žiarenie, ktoré vyžarujú, je spôsobené vírivým narastajúcim diskom okolo čiernej diery. Keď sa kotúč hmoty okolo diery zrýchli, vyžaruje obrovské množstvo energie.
Keďže kvazary sú tak žiarivé, možno ich vidieť z veľkej vzdialenosti. Vďaka tomu sú nielen fascinujúce predmety štúdia, ale sú užitočné aj ako ukazovatele štúdia Hubbleovho zákona.
Gravitačné šošovky sa vyskytujú, keď sa svetelný zdroj z mimoriadne vzdialeného objektu, kvasary v tejto štúdii, stretne s intervenujúcou galaxiou skôr, ako sa dostane k pozorovateľom na Zemi. Extrémna hmotnosť galaxie postačuje na ohýbanie svetla, podobne ako sklenená šošovka. Výsledkom je akýsi efekt „zrkadlového domu“. Obrázok nižšie zobrazuje, ako to vyzerá. Objav gravitačných šošoviek je najužšie spojený s Einsteinom, hoci až v roku 1979 sa pozoroval.
Táto štúdia sa zamerala na dvojité kvasary. Dvojitý kvázar, niekedy nazývaný dvojitý kvázar, nie sú dva kvasary blízko seba, ale skôr účinok gravitačných šošoviek. Pri dvojitom kvázare je ich svetlo šošovkovité okolo zasahujúcej galaxie pred tým, ako sa dostanú na Zem, čím sa vytvoria dva obrazy kvázaru. Žiadna predchádzajúca štúdia ich nevyužila na to, aby určila mieru expanzie vesmíru.
Keď sa svetlo z kvázaru ohýba okolo zasahujúcej galaxie a vytvára dva obrazy toho istého kvázaru, vytvára jedinečnú pozorovaciu príležitosť. Svetlo, ktoré vytvára samostatné obrazy kvasaru, prechádza rôznymi cestami ku každému obrázku. Pretože svetlo z kvázaru kolíše, medzi blikaním na každom z dvoch obrázkov je oneskorenie.
Meraním časového oneskorenia medzi blikaním a poznaním hmotnosti zasahujúcej galaxie tím odvodil vzdialenosti medzi Zemou, šošovkovou galaxiou a kvasarom. Poznanie červených posunov kvázaru a galaxie umožnilo vedcom odhadnúť, ako rýchlo sa vesmír rozširuje.
Táto štúdia sa zamerala na dvojitý kvasar s názvom SDSS J1206 + 4332 a spoliehala sa aj na údaje z Hubbleovho vesmírneho teleskopu, Blížencov a W.M. Keckové observatóriá a sieť Kozmologického monitorovania gravitačných šošoviek alebo siete COSMOGRAIL. Tím strávil niekoľko rokov každodenným snímaním dvojitého kvasaru, ktorý im poskytoval veľmi presné merania časového oneskorenia medzi blikaniami. V kombinácii s ďalšími údajmi dal astronómom jedno z najlepších meraní Hubbleovho konštanta.
„Krása tohto merania spočíva v tom, že je vysoko komplementárna a nezávislá od ostatných,“ uviedol Tommasso Treu, profesor fyziky a astronómie UCLA a hlavný autor článku.
Ako rýchlo sa rozširuje?
„... vesmír je trochu komplikovanejší.
Tommasso Treu, profesor fyziky a astronómie UCLA.
Tím prišiel s hodnotou pre Hubbleov konštantu 72,5 kilometrov za sekundu na megaparsec. Toto je v súlade s inými meraniami, ktoré používali vzdialené supernovy ako štandardné sviečky na meranie Hubbleovho konštanta. Ale je to asi o 7% vyššie ako merania, ktoré sa pri meraní spoliehajú na kozmické mikrovlnné pozadie.
Toto nie je koniec diskusie o Hubbleovom zákone. Medzi metódami merania je stále taký nepríjemný rozdiel. Čo to znamená? "Ak existuje skutočný rozdiel medzi týmito hodnotami, znamená to, že vesmír je trochu komplikovanejší," uviedol Treu. Treu tiež povedal, že jedno z meraní alebo dokonca všetky tri sú nesprávne.
Tím bude vydržať svojou metódou merania kvasarových šošoviek. Pozerajú sa na 40 štvornásobných kvasarov, ktoré im, dúfajme, dajú ešte presnejšie meranie miery expanzie vesmíru.
Zdroj:
- Výskumný príspevok: H0LiCOW - IX. Kozmografická analýza dvojito zobrazovaného kvazaru SDSS 1206 + 4332 a nové meranie Hubbleovej konštanty
- Tlačová správa UCLA: Vidieť dvojnásobok by mohlo pomôcť vyriešiť spor o to, ako rýchlo sa vesmír rozširuje
- H0LiCOW
- Wikipedia Entry: Hubble's Law
