Kosmiczne soczewki potwierdzają szybsze od oczekiwanego tempo rozszerzania Wszechświata

HE0435-1223, w centrum kadru jest jednym z pięciu najlepiej soczewkowanych kwazarów dotąd odkrytych. Galaktyka na pierwszym planie prowadzi do powstania czterech niemal idealnie rozłożonych obrazów odległego kwazara znajdującego się za nią.

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

Radek Kosarzycki

Popularyzator astronomii. Kulturalny cham. Od 2015 r. codziennie pisze i mówi o kosmosie na Pulsie Kosmosu. Od 2020 r. pisze o kosmosie także na najlepszym polskim portalu technologicznym Spider's Web.