Otuz yıllık uzay teleskopu gözlemleri, Hubble sabiti için kesin bir değerde birleşiyor

Yaklaşık 30 yıllık bir maratonu tamamlayan NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu, bilim adamlarının evrenin genişleme hızını tam olarak ölçmelerine yardımcı olmak için 40’tan fazla “mil noktası işaretçisini” kalibre etti – bir arsa bükülmesi olan bir arayış.

Evrenin genişleme hızı arayışı 1920’lerde gökbilimciler Edwin P. Hubble ve Georges Lemaître tarafından yapılan ölçümlerle başladı. 1998’de bu, evrenin genişlemesini hızlandıran gizemli bir itici güç olan “karanlık enerjinin” keşfedilmesine yol açtı. Son yıllarda, Hubble ve diğer teleskoplardan elde edilen veriler sayesinde, gökbilimciler başka bir bükülme buldular: yerel evrende ölçülen genişleme hızı ile büyük patlamadan hemen sonra yapılan ve farklı bir genişleme değeri öngören bağımsız gözlemler arasında bir tutarsızlık.

Bu tutarsızlığın nedeni bir sır olarak kalıyor. Ancak, mesafe belirteçleri olarak hizmet eden çeşitli kozmik nesneleri kapsayan Hubble verileri, muhtemelen yepyeni fiziği içeren garip bir şeyin olduğu fikrini destekliyor.

Maryland, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden (STScI) Nobel Ödüllü Adam Riess, “Evrenin genişleme hızının en kesin ölçüsünü teleskopların ve kozmik mil işaretçilerinin altın standardından alıyorsunuz” dedi. .

Riess, Karanlık Enerjinin Durumu Denklemi için Süpernova, H0 anlamına gelen SHOES adlı evrenin genişleme oranını araştıran bilimsel bir işbirliğine öncülük ediyor. Riess, “Hubble Uzay Teleskobu bunu yapmak için bildiğimiz en iyi teknikleri kullanarak inşa edildi. Bu muhtemelen Hubble’ın başyapıtıdır, çünkü Hubble’ın ömrünün bu örnek boyutunu ikiye katlaması bile 30 yıl daha alacaktır,” dedi. .

Riess’in ekibinin makalesi, dergisinin Special Focus sayısında yayınlanacak. Astrofizik Dergisi Hubble sabitindeki en büyük ve muhtemelen son büyük güncellemenin tamamlanmasıyla ilgili raporlar. Yeni sonuçlar, önceki kozmik mesafe işaretleri örneğinin iki katından fazla. Ekibi ayrıca önceki tüm verileri yeniden analiz etti ve tüm veri seti artık 1.000’den fazla Hubble yörüngesini içeriyor.

NASA 1970’lerde büyük bir uzay teleskopu tasarladığında, masraf ve olağanüstü teknik çabanın başlıca gerekçelerinden biri, Samanyolu ve dış galaksilerde görülen, periyodik olarak parlayan ve kararan yıldızlar olan Cepheidleri çözebilmekti. Sefeidler, 1912’de astronom Henrietta Swan Leavitt tarafından faydalı oldukları keşfedildiğinden beri, uzun zamandır kozmik mil belirteçlerinin altın standardı olmuştur. Gökbilimciler, çok daha büyük mesafeleri hesaplamak için Tip Ia süpernova adı verilen patlayan yıldızları kullanırlar.

Kombine olarak, bu nesneler evren boyunca bir “kozmik mesafe merdiveni” oluşturdu ve Edwin Hubble’dan sonra Hubble sabiti olarak adlandırılan evrenin genişleme oranını ölçmek için gerekli. Bu değer, evrenin yaşını tahmin etmek için kritik öneme sahiptir ve evreni anlamamızın temel bir testini sağlar.

Hubble’ın 1990’da piyasaya sürülmesinden hemen sonra başlayarak, Hubble sabitini iyileştirmek için Cepheid yıldızlarının ilk gözlemleri iki ekip tarafından yapıldı: Wendy Freedman, Robert Kennicutt ve Jeremy Mould, Marc Aaronson ve bir diğeri Allan Sandage tarafından yönetilen HST Anahtar Projesi ve diğerleri. Yakındaki galaksilere olan mesafe ölçümünü hassaslaştırmak için Cepheidleri kilometre noktası işaretleri olarak kullanan işbirlikçiler. 2000’lerin başında ekipler, Hubble sabiti için yüzde 10, megaparsec başına saniyede 72 artı veya eksi 8 kilometre hassasiyete ulaşarak “görevin tamamlandığını” ilan ettiler.

2005’te ve yine 2009’da, Hubble teleskobundaki güçlü yeni kameraların eklenmesi, Hubble sürekli araştırmasının “2. Nesil”ini başlattı, çünkü ekipler değeri yalnızca yüzde bir doğrulukla hassaslaştırmak için yola çıktı. Bu, SHOES programı tarafından açıldı. SHOES dahil olmak üzere Hubble kullanan birkaç gökbilimci ekibi, megaparsec başına saniyede 73 artı veya eksi 1 kilometrelik bir Hubble sabit değerinde birleşti. Hubble sabiti sorusunu araştırmak için başka yaklaşımlar kullanılırken, farklı ekipler aynı sayıya yakın değerler bulmuşlardır.

SHOES ekibinde uzun süredir lider olan Johns Hopkins Üniversitesi’nden Dr. Wenlong Yuan, Texas A&M Üniversitesi’nden Dr. Lucas Macri, STScI’den Dr. Stefano Casertano ve Duke Üniversitesi’nden Dr. Dan Scolnic yer alıyor. Proje, evrenin başlangıcından arta kalan kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun incelenmesinden çıkarılan Hubble sabitinin kesinliğini eşleştirerek evreni parantez içine alacak şekilde tasarlandı.

“Hubble sabiti çok özel bir sayıdır. Evreni anladığımızın uçtan uca bir testi için geçmişten günümüze bir iğneye iplik geçirmek için kullanılabilir. Bu, olağanüstü miktarda ayrıntılı çalışma gerektirdi” dedi. ICREA ve Barselona ICC Üniversitesi’nde kozmolog olan Dr. Licia Verde, SHOES ekibinin çalışmaları hakkında konuşuyor.

Ekip, Hubble ile 42 süpernova kilometre noktası işaretçisini ölçtü. Yılda yaklaşık bir oranında patladıkları görüldüğünden, Hubble, tüm pratik amaçlar için, evrenin genişlemesini ölçmek için mümkün olduğu kadar çok süpernova kaydetmiştir. Riess, “Son 40 yılda görülen Hubble teleskobunun erişebildiği tüm süpernovaların eksiksiz bir örneğine sahibiz” dedi. Broadway müzikali Oklahoma’daki “Kansas City” şarkısının sözleri gibi, Hubble da “olduğu gibi gitti!”

Garip Fizik?

Evrenin genişleme hızının, Hubble’ın gerçekte gördüğünden daha yavaş olduğu tahmin ediliyordu. Gökbilimciler, Evrenin Standart Kozmolojik Modelini ve Avrupa Uzay Ajansı’nın (13,8 milyar yıl önceki kalıntı kozmik mikrodalga arka planını gözlemleyen) Planck misyonunun ölçümlerini birleştirerek, Hubble sabiti için daha düşük bir değer öngörüyor: 67,5 artı veya eksi 0,5 kilometre başına SHOES ekibinin tahmini 73 ile karşılaştırıldığında megaparsec başına saniye.

Fizikte bir problemi ciddiye almak için ortak bir eşik olan Riess, büyük Hubble örnek boyutu göz önüne alındığında, şanssız bir beraberlik nedeniyle astronomların yanlış olma ihtimalinin milyonda bir olduğunu söyledi. Bu bulgu, evrenin dinamik evriminin güzel ve düzenli bir resmi haline gelen şeyi çözüyor. Gökbilimciler, yerel evrenin genişleme hızı ile ilkel evrenin genişleme hızı arasındaki kopukluğun bir açıklamasını yapamıyorlar, ancak cevap, evrenin ek fiziğini içerebilir.

Bu tür kafa karıştırıcı bulgular, Riess gibi kozmologlar için hayatı daha heyecanlı hale getirdi. Otuz yıl önce evreni kıyaslamak için Hubble sabitini ölçmeye başladılar, ancak şimdi daha da ilginç bir şey haline geldi. Riess, “Aslında, genişleme değerinin özel olarak ne olduğu umrumda değil, ancak bunu evren hakkında bilgi edinmek için kullanmayı seviyorum” dedi.

NASA’nın yeni Webb Uzay Teleskobu, bu kozmik dönüm noktası işaretçilerini Hubble’ın görebildiğinden daha uzak mesafelerde veya daha keskin çözünürlükte göstererek Hubble’ın çalışmalarını genişletecek.