Kosmiczne soczewki potwierdzają szybsze od oczekiwanego tempo rozszerzania Wszechświata

Wykorzystując galaktyki jako gigantyczne soczewki grawitacyjne, międzynarodowa grupa astronomów korzystająca z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a wykonała niezależne pomiary prędkości rozszerzania Wszechświata. Najnowsze pomiary tempa rozszerzania lokalnego Wszechświata zgadzają się z wcześniejszymi wynikami. Co ciekawe, nie zgadzają się z pomiarami wczesnego Wszechświata. Wyniki zatem wskazują na fundamentalny problem leżący u samych podstaw naszej wiedzy o Wszechświecie.

Stała Hubble’a – tempo rozszerzania Wszechświata – jest jedną z fundamentalnych wartości opisujących nasz Wszechświat. Grupa astronomów z zespołu H0LiCOW kierowanego przez Sherry Suyu (związaną z Max Planck Institute for Astrophysics w Niemczech, ASIAA na Tajwanie i Politechniką w Monachium) wykorzystała Kosmiczny Teleskop Hubble’a oraz inne teleskopy kosmiczne i naziemne do obserwowania pięciu galaktyk w celu wykonania niezależnych pomiarów stałej Hubble’a.

Pięć soczewkowanych kwazarów badanych w ramach programu H0LiCOW.

Najnowsze pomiary są całkowicie niezależne – choć doskonale zgadzające się – od innych pomiarów stałej Hubble’a w lokalnym Wszechświecie, do których jako punkty odniesienia wykorzystano cefeidy i supernowe.

Niemniej jednak, wartość zmierzona przez Suyu i jej zespół, jak i wartość wydedukowana z badań opierających się na cefeidach i supernowych, różnią się od pomiarów wykonanych przez satelitę Planck. Jest jednak istotna różnica – Planck mierzył wartość stałej Hubble’a we wczesnym Wszechświecie badając mikrofalowe promieniowanie tła.

B1608+656 to jeden z pięciu najlepiej soczewkowanych kwazarów. Dwie galaktyki na pierwszym planie rozciągnęły obraz odległego kwazara w łuki.

Choć wartość stałej Hubble’a ustalona na podstawie danych z Plancka zgadza się z naszą obecną wiedzą o kosmosie, wartości uzyskane przez inne grupy astronomów dla lokalnego Wszechświata nie zgadzają się z akceptowanymi obecnie teoretycznymi modelami Wszechświata. „Tempo rozszerzania Wszechświata dopiero zaczyna być mierzone na różne sposoby z na tyle dużą precyzją, że możemy dostrzec rzeczywiste odchylenia, które mogą wskazywać na nową fizykę leżącą wciąż poza naszym zasięgiem”, dodaje Suyu.

RXJ1131-1231

Celem badania były masywne galaktyki znajdujące się między Ziemią a bardzo odległymi kwazarami – niesamowicie jasnymi jądrami galaktycznymi. Światło z tych odległych kwazarów zakrzywiane jest przez potężną masę galaktyk leżących między nimi a nami prowadząc do zjawiska silnego soczewkowania grawitacyjnego. Dzięki temu z Ziemi widzimy wielokrotne obrazy kwazara tła, rozciągnięte w łuki otaczające bliższą nam galaktykę.

HE0435-1223

Z uwagi na fakt, że galaktyki nie prowadzą do powstania idealnie sferycznych zaburzeń przestrzeni, a galaktyki i kwazary nie znajdują się w idealnie prostej linii, światło z różnych obrazów kwazara tła musi przebyć różnej długości drogi aby do nas dotrzeć. Z uwagi na fakt, że jasność kwazara zmienia się w czasie, astronomowie mogą dstrzec migotanie różnych obrazów galaktyki w różnych czasach – to skutek różnicy czasu, którą musi pokonać promieniowanie podróżujące różnymi ścieżkami, aby do nas dotrzeć. Te różnice i opóźnienia są bezpośrednio związane z wartością stałej Hubble’a. „Nasza metoda jest najprostszym i najbardziej bezpośrednim sposobem pomiaru stałej Hubble’a, ponieważ wykorzystuje tylko geometrię i Ogólną Teorię Względności”, tłumaczy jeden z członków zespołu Frederic Courbin z EPFL w Szwajcarii.

WFI2033-4723

Wykorzystując dokładne pomiary opóźnień między poszczególnymi obrazami kwazara oraz modele komputerowe, naukowcy mogli określić wartość stałej Hubble’a z zaskakująco wysoką precyzją: 3,8%. „Precyzyjny pomiar stałej Hubble’a jest jednym z najistotniejszych celów współczesnych badań kosmologicznych”, podkreśla Vivien Bonvin, członkini zespołu z EPFL w Szwajcarii. Suyu dodaje: „Stała Hubble’a jest kluczową wartością dla współczesnej astronomii, bowiem pozwoli nam potwierdzić lub zaprzeczyć czy nasz obraz Wszechświata składającego się z ciemnej energii, ciemnej materii i normalnej materii – jest faktycznie prawidłowy, czy też mylimy się co do niego na fundamentalnym poziomie”.

HE1104-1805

Źródło: STcSI

  • Michal P.

    Jako kompletny amator czytający tylko czasem blogi takie jak ten, nie jestem w stanie znaleźć odpowiedzi jaki to „fundamentalny problem z naszą wiedzą o wszechświecie” mamy w związku z tym odkryciem? Chodzi mi o więcej konkretów. Po wstępie gdzie jest o tym mowa liczyłem, że znajdę niżej odpowiedź.

    • Hrathen

      W skrócie: stała Hubble’a jest, jak nazwa wskazuje, stałą, czyli powinna być taka sama teraz jak i w młodym Wszechświecie, jeśli badania wykazują, że Wszechświat rozszerza się szybciej niż kiedyś, to znaczy, czegoś o tym młodym Wszechświecie nie wiemy – może stała miała inną wartość (jeśli tak, to dlaczego się zmieniła?), może były inne czynniki, które spowodowały późniejsze przyspieszenie (jakie?), ale wniosek jest, że czegoś nie wiemy, więc zakładam, że o to chodziło gdy przywołano „fundamentalny problem z naszą wiedzą o wszechświecie”. Ale ja też w sumie amator to mogę się mylić:)

  • Pelargia

    Coraz bardziej fascynujące to się robi 😉