Název „temná energie“ je jen zástupným znakem síly - ať už je to cokoli - způsobuje expanzi vesmíru. Nová pozorování několika Cepheidových proměnných hvězd pomocí Hubbleova kosmického dalekohledu zdokonalila měření současné míry expanze vesmíru na přesnost, kde je chyba menší než pět procent. Nová hodnota pro rychlost expanze, známou jako Hubbleova konstanta, nebo H0 (po Edwin Hubbleovi, který poprvé změřil expanzi vesmíru téměř před stoletím), je 74,2 km za sekundu na megaparsec (chyba rozpětí ± 3,6). Výsledky úzce souhlasí s dřívějším měřením získaným z Hubbleova měření 72 ± 8 km / s / megaparsec, ale nyní jsou více než dvakrát přesnější.
Hubbleovo měření, prováděné týmem SHOES (Supernova H0 pro rovnici státu) a vedené Adamem Riessem, z Ústavu kosmického dalekohledu a Johns Hopkins University, používá řadu vylepšení k zefektivnění a posílení konstrukce kosmického „Žebřík na dálku“, který astronomové používají k určení míry expanze vesmíru, na délku miliardy světelných let.
HST pozorování pulzujících Cefeidových proměnných v blízkém kosmickém mílovém značce, galaxii NGC 4258 a v hostitelských galaxiích nedávných supernov, přímo spojuje tyto indikátory vzdálenosti. Použití Hubbleova můstku k přemostění těchto příček v žebříku eliminovalo systematické chyby, které jsou téměř nevyhnutelně způsobeny porovnáním měření z různých dalekohledů.
Riess vysvětluje novou techniku: „Je to jako měřit budovu pomocí dlouhého pásku, namísto posunutí konce yardové hůlky přes konec. Vyvarujete se tomu, aby se malé chyby, které uděláte při každém pohybu měřítka, nezkompilovaly. Čím vyšší je budova, tím větší je chyba. “
Lucas Macri, profesor fyziky a astronomie v Texasu A&M, a významný přispěvatel k výsledkům, řekl: „Cefeidy jsou páteří žebříku vzdáleností, protože jejich pulsační periody, které lze snadno pozorovat, přímo korelují s jejich jasností. Dalším vylepšením našeho žebříčku je skutečnost, že jsme pozorovali Cefeidy v blízkých infračervených částech elektromagnetického spektra, kde jsou tyto proměnné hvězdy lepšími indikátory vzdálenosti než na optických vlnových délkách. “
Tato nová, přesnější hodnota Hubbleovy konstanty byla použita k testování a omezování vlastností temné energie, formy energie, která vytváří odpudivou sílu v prostoru, což způsobuje zrychlení expanze vesmíru.
Tím, že astronomové ztotožnili historii expanze vesmíru mezi dneškem a okamžikem, kdy byl vesmír jen přibližně 380 000 let, dokázali omezit povahu temné energie, která způsobuje zrychlení expanze. (Měření pro daleký, raný vesmír je odvozeno od fluktuací v kosmickém mikrovlnném pozadí, jak bylo vyřešeno Wilkinsonovou mikrovlnnou anizotropní sondou WMAP v roce 2003.)
Jejich výsledek je v souladu s nejjednodušší interpretací temné energie: že je matematicky ekvivalentní s hypotetickou kosmologickou konstantou Alberta Einsteina, která byla zavedena před stoletím, aby tlačila na strukturu vesmíru a bránila vesmíru v kolapsu pod tíhou gravitace. (Einstein však odstranil konstantu, jakmile Edwin Hubble objevil expanzi vesmíru.)
"Pokud vložíte do krabice všechny způsoby, jak se může temná energie lišit od kosmologické konstanty, bude tato skříňka třikrát menší," říká Riess. "To je pokrok, ale stále máme před sebou dlouhou cestu, abychom omezili povahu temné energie."
Ačkoli kosmologická konstanta byla koncipována už dávno, pozorovací důkazy o temné energii nepřicházely až před 11 lety, když dvě studie, jedna vedená Riessem a Brianem Schmidtem z observatoře Mount Stromlo, druhá Saul Perlmutter z Lawrence Berkeley Národní laboratoř objevila temnou energii nezávisle, částečně s Hubbleovým pozorováním. Od té doby sledují astronomové pozorování, aby lépe charakterizovali temnou energii.
Riessův přístup ke zúžení alternativních vysvětlení temné energie - ať už je to statická kosmologická konstanta nebo dynamické pole (jako odpudivá síla, která řídila inflaci po velkém třesku) - je dalším zpřesněním měření historie expanze vesmíru.
Předtím, než byl Hubble zahájen v roce 1990, se odhady Hubbleovy konstanty měnily dvakrát. Na konci 90. let 20. století klíčový projekt Hubbleova kosmického dalekohledu na stupnici extragalaktické vzdálenosti vylepšil hodnotu Hubbleovy konstanty na chybu pouze asi deset procent. Toho bylo dosaženo pozorováním Cefeidových proměnných na optických vlnových délkách na větší vzdálenosti, než byly získány dříve, a porovnáním s podobnými měřeními z pozemních dalekohledů.
Tým SHOES použil Hubbleův blízký infračervený fotoaparát a multi-Object Spectrometer (NICMOS) a Advanced Camera for Surveys (ACS) k pozorování 240 proměnných hvězd Cepheid na sedmi galaxiích. Jednou z těchto galaxií byla NGC 4258, jejíž vzdálenost byla velmi přesně určena pozorováním radioteleskopy. Dalších šest galaxií nedávno hostilo supernovy typu Ia, které jsou spolehlivými indikátory vzdálenosti pro ještě větší měření ve vesmíru. Supernovy typu Ia explodují s téměř stejným množstvím energie, a proto mají téměř stejný vnitřní jas.
Tím, že pozoroval Cefeidy s velmi podobnými vlastnostmi na vlnových délkách blízkých infračervenému záření ve všech sedmi galaxiích a pomocí stejného dalekohledu a nástroje, byl tým schopen přesněji kalibrovat jasnost supernov. Díky výkonným schopnostem Hubbleu byl tým schopen obejít některé z nejtrasnějších příček podél předchozího žebříčku na dálku, což vyvolalo nejistoty v chování Cefeidů.
Riess by nakonec ráda viděla, jak Hubbleova konstanta upřesňuje hodnotu s chybou ne více než jedno procento, aby kladla ještě přísnější omezení na řešení temné energie.
Zdroj: Space Telescope Science Institute
