Astronomowie wykorzystują zdjęcia kwazarów do nowego oszacowania stałej Hubble’a

Zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a przedstawiające dwa obrazy jednego kwazara. Źródło: NASA Hubble Space Telescope, Tommaso Treu/UCLA oraz Birrer et al.

Kwestia tempa rozszerzania wszechświata intryguje astronomów już od prawie wieku. Pojawiają się różne badania i przynoszą one różne odpowiedzi – przez co niektórzy badacze zaczęli się zastanawiać czy przypadkiem nie przeoczyli jakiegoś kluczowego procesu zachodzącego w maszynerii napędzającej kosmos.

Teraz, po raz pierwszy wykorzystując nowy sposób pomiaru tempa rozszerzania wszechświata, zespół naukowców kierowany przez astronomów z UCLA wykonał istotny krok w stronę rozwiązania tej zagadki. Wyniki przeprowadzonych przez nich badań opublikowano dzisiaj w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

W centrum dyskusji leży stała Hubble’a – liczba wiążąca odległości z redshiftami galaktyk – wartość o jaką światło zostało rozciągnięte podczas podróży do Ziemi przez rozszerzający się wszechświat. Szacunki stałej Hubble’a mieszczą się w zakresie od 67 do 73 kilometrów na sekundę na megaparsek, co oznacza, że dwa punkty w przestrzeni odległe od siebie o 1 megaparsek (1 megaparsek = 3,26 miliona lat świetlnych) oddalają się od siebie z prędkością od 67 do 73 kilometrów na sekundę.

“Stała Hubble’a stanowi fizyczną skalę wszechświata” mówi Simon Birrer, adiunkt na UCLA oraz główny autor opracowania. Bez precyzyjnej wartości stałej Hubble’a astronomowie nie mogą dokładnie określać rozmiarów odległych galaktyk, wieku wszechświata, ani historii jego rozszerzania.

Większość metod wyprowadzania stałej Hubble’a uwzględnia dwa składniki: odległość pewnych źródeł promieniowania oraz redshift źródła promieniowania. Poszukując źródła promieniowania, które nie zostało wykorzystane w obliczeniach innych naukowców, Birrer wraz ze swoimi współpracownikami zwrócił się ku kwazarom, fontannom promieniowania zasilanych przez olbrzymie czarne dziury. Do swoich badań naukowcy wybrali jeden określony podzbiór kwazarów – te, których promieniowanie zostało zakrzywione przez grawitację leżących między nimi a nami galaktyk, dzięki czemu z ziemi możemy obserwować dwa obrazy jednego kwazara, znajdujące się po obu stronach galaktyki.

Promieniowanie docierające do nas z tych dwóch obrazów pokonało inną drogę zmierzając ku Ziemi. Gdy jasność kwazara się zmienia, oba obrazy mrugają jeden po drugim, a nie jednocześnie. Opóźnienie w czasie między tymi mrugnięciami, wraz z informacjami o polu grawitacyjnym leżącej przed nim galaktyki można także wykorzystać do prześledzenia toru światła oraz wydedukowania odległości od Ziemi do kwazaru oraz do galaktyki. Wiedza o redshifcie kwazaru i galaktyki pozwala naukowcom oszacować tempo rozszerzania wszechświata.

Zespoł z UCLA jest elementem międzynarodowej współpracy H0liCOW i już wcześniej stosował tę technikę do badania kwazarów obserwowanych jednocześnie w czterech miejscach wokół galaktyk znajdujących się na pierwszym planie. Jednak poczwórne obrazy należą do rzadkości, a podwójne obserwujemy niemal pięć razy częściej.

Aby zaprezentować swoją technikę, badacze z UCLA zbadali oba obrazy kwazara SDSS J1206+4332; polegając przy tym na danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, obserwatoriów Gemini oraz W.M. Kecka oraz z sieci COSMOGRAIL (Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses), której celem jest określenie wartości stałej Hubble’a.

Tommaso Treu, profesor fizyki i astronomii na UCLA oraz jeden z autorów artykułu poinformował, że badacze wykonywali zdjęcia kwazaru codziennie przez kilka lat, aby precyzyjnie zmierzyć opóźnienia między poszczególnymi obrazami. Następnie, w celu uzyskania możliwie najdokładniejszych szacunków stałej Hubble’a, połączyli zebrane przez siebie dane o kwazarze z danymi wcześniej zebranymi przez H0liCOW o trzech poczwórnie obrazowanych kwazarach.

“Całe piękno tych pomiarów leży w tym, że są one jednocześnie bardzo komplementarne i niezależne od siebie” mówi Treu.

Zespół kierowany przez badaczy z UCLA ustalił wartość stałej Hubble’a na 72,5 kilometra na sekundę na megaparsek, czyli wartość zgodną z ustaleniami innych badaczy, którzy wykorzystywali w swoich pomiarach odległości do supernowych.

Niemniej jednak oba szacunki są wciąż około 8 procent wyższe od szacunków opierających się na słabej poświacie całego nieba, tak zwanym mikrofalowym promieniowaniu tła, pozostałości po okresie 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, kiedy to światło mogło po raz pierwszy swobodnie przemierzać przestrzeń kosmiczną.

“Jeżeli faktycznie istnieje taka różnica między tymi wartościami, oznacza to, że wszechświat jest nieco bardziej skomplikowany” dodaje Treu.

Z drugiej strony może być też tak, że jeden z pomiarów – albo wszystkie trzy – jest nieprawidłowy.

Aktualnie badacze poszukują kolejnych kwazarów, aby poprawić precyzję swoich pomiarów stałej Hubble’a.

Źródło: UCLA / phys.org

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1093/mnras/stz200

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.