Jak rychle se vesmír rozšiřuje? To je otázka, na kterou astronomové nebyli schopni přesně odpovědět. Mají jméno pro míru expanze vesmíru: Hubble Constant nebo Hubble's Law. Měření však přicházejí s různými hodnotami a astronomové o této otázce diskutují po celá desetiletí.
Základní myšlenkou měření Hubblovy konstanty je podívat se na vzdálené zdroje světla, obvykle na typ supernovy nebo proměnných hvězd, které se nazývají „standardní svíčky“, a měřit červený posun jejich světla. Ale bez ohledu na to, jak to astronomové dělají, nemohou přijít s dohodnutou hodnotou, pouze s rozsahem hodnot. Nová studie zahrnující kvazary a gravitační čočky by mohla pomoci vyřešit tento problém.
To, že se vesmír rozšiřuje, není pochyb. Známe to asi 100 let. Světlo ze vzdálených galaxií je červeně posunuté, když se od nás vzdálí, a měření toho, že červený posun vytvořil různé hodnoty pro univerzální expanzi.
"Hubbleova konstanta ukotvuje fyzickou stupnici vesmíru."
Simon Birrer, postgraduální učenec UCLA a hlavní autor studie.
Míra expanze se měří v kilometrech za sekundu na Megaparsec, psanou jako (km / s) / Mpc. Takže například něco, co se rozšiřuje rychlostí 10 (km / s) / Mpc, znamená, že dva body v prostoru 1 megaparsec od sebe (ekvivalent 3,26 milionu světelných let) se od sebe rozběhnou rychlostí 10 kilometrů na druhý.
Když to bylo poprvé objeveno ve 20. letech 20. století, míra expanze byla 625 kps / Mpc. Ale počínaje padesátými léty jej lepší výzkum měřil na méně než 100 kps / Mpc. V posledních několika desetiletích měřilo expanzní měření několik studií a přicházely s rychlostmi mezi asi 67 až 77 kps / Mpc.
Věda však nepřijme řadu odpovědí za něco, co by mělo mít jednu hodnotu. Nebylo by to věda, kdyby tomu tak bylo. Vědci tedy stále zkoušejí různé způsoby měření Hubblovy konstanty, aby zjistili, zda to dokážou napravit, protože Hubblova konstanta je víc než jen měření expanze vesmíru.
"Hubbleova konstanta ukotvuje fyzickou stupnici vesmíru," řekl Simon Birrer, postgraduální vědecký pracovník UCLA a hlavní autor studie. Bez přesné hodnoty Hubbleovy konstanty nemohou astronomové přesně určit velikost vzdálených galaxií, věk vesmíru ani historii expanze vesmíru. Takže správné je to velká věc.
Nová studie, která byla právě zveřejněna v měsíčních zprávách Královské astronomické společnosti, se pokouší o novou metodu měření Hubbleova konstanty. Výzkum je veden týmem astronomů v UCLA a spoléhá se na vzdálené kvasary, jejichž světlo podléhá gravitačním čočkám dříve, než dosáhne Země.
Kvazary jsou velmi jasné objekty. Nazývají se také aktivní galaktická jádra, protože se předpokládá, že jsou způsobeny supermasivními černými dírami ve středu galaxií. Elektromagnetické záření, které vysílají, je způsobeno točivým narůstajícím diskem kolem černé díry. Jak se disk hmoty kolem díry zrychluje, vydává obrovské množství energie.
Protože kvazary jsou tak zářivé, lze je vidět z velké vzdálenosti. Díky tomu jsou nejen fascinující předměty studia, ale také užitečné jako markery pro studium Hubbleova zákona.
Gravitační čočky nastávají, když se světelný zdroj z extrémně vzdáleného objektu, kvasary v této studii, setká s intervenující galaxií, než dosáhne pozorovatelů na Zemi. Extrémní hmotnost galaxie je dostatečná pro ohýbání světla, podobně jako skleněná čočka. Výsledkem je jakýsi efekt „domu zrcadel“. Obrázek níže ukazuje, jak to vypadá. Objev gravitačních čoček je nejvíce spojen s Einsteinem, ačkoli až v roce 1979 bylo pozorováno.
Tato studie se zaměřila na dvojité kvasary. Dvojitý kvasar, někdy nazývaný dvojče, není dva kvasary blízko sebe, ale spíše gravitační čočka. S dvojitým kvasarem je jejich světlo čočeno kolem zasahující galaxie před dosažením Země, čímž se vytvoří dva obrazy kvasaru. Žádná předchozí studie je nepoužila k tomu, aby se pokusila určit míru expanze vesmíru.
Když se světlo z kvasaru ohýbá kolem zasahující galaxie a vytváří dva obrazy stejného kvasaru, vytváří jedinečnou pozorovací příležitost. Světlo, které vytváří oddělené obrazy kvasaru, cestuje po každém snímku jinou cestou. Jak světlo z kvasaru kolísá, mezi blikáním na každém ze dvou obrazů je zpoždění.
Měřením časového zpoždění mezi blikáním a poznáním hmotnosti zasahující galaxie tým odvodil vzdálenosti mezi Zemí, galaxií s čočkami a kvasarem. Znalost červených posunů kvasaru a galaxie umožnila vědcům odhadnout, jak rychle se vesmír rozšiřuje.
Tato studie se zaměřila na dvojitý kvasar s názvem SDSS J1206 + 4332 a spoléhala se také na data z Hubbleova kosmického dalekohledu, Blíženců a W.M. Keckovy observatoře a síť Kosmologického monitorování gravitačních čoček nebo COSMOGRAIL. Tým strávil několik let pořizováním snímků dvojitého kvasaru, což jim dalo velmi přesná měření časového zpoždění mezi blikáním. V kombinaci s dalšími údaji poskytla astronomům jedno z nejlepších měření Hubbleova konstanty.
"Krása tohoto měření spočívá v tom, že se velmi doplňuje a nezávisí na ostatních," řekl Tommasso Treu, profesor fyziky a astronomie UCLA a hlavní autor článku.
Jak rychle se rozšiřuje?
„… Vesmír je trochu složitější.
Tommasso Treu, profesor fyziky a astronomie UCLA.
Tým přišel s hodnotou pro Hubble Constant 72,5 km za sekundu na megaparsec. To je v souladu s dalšími měřeními, která používaly vzdálené supernovy jako standardní svíčky k měření Hubbleova konstanty. Ale je to asi o 7% vyšší než měření, která se na měření spoléhají na Cosmic Microwave Background.
Toto není konec debaty o Hubbleově zákonu. Mezi metodami měření je stále ten otravný rozdíl. Co to znamená? "Pokud existuje skutečný rozdíl mezi těmito hodnotami, znamená to, že vesmír je o něco složitější," řekl Treu. Treu také řekl, že jedno z měření, nebo dokonce všechna tři, se mýlí.
Tým bude pokračovat ve své metodě měření kvaz-čočky. Hledají 40 čtyřnásobných kvasarů, které jim snad dají ještě přesnější měření míry expanze vesmíru.
Zdroje:
- Výzkumná práce: H0LiCOW - IX. Kosmografická analýza dvojnásobně zobrazeného kvazaru SDSS 1206 + 4332 a nové měření Hubbleovy konstanty
- Tisková zpráva UCLA: Dvojí vidění může pomoci vyřešit spor o to, jak rychle se vesmír rozšiřuje
- H0LiCOW
- Wikipedia Entry: Hubble's Law
