Yeni bir çalışma, mesafe ölçümleri için Cepheid yıldızlarının en doğru kalibrasyonunu sağlayarak, kozmik genişleme oranı ölçümlerindeki bir tutarsızlık olan Hubble gerilimini artırıyor. Bu tutarsızlık, fizikteki temel kavramları sorgulamaktadır ve karanlık enerjiyi, zaman-uzay sürekliliğini ve yerçekimini anlamak için çıkarımlara sahiptir.
Evrenin ne kadar hızlı genişlediğini ölçmek söz konusu olduğunda sonuç, Evrenin hangi tarafından başladığınıza bağlıdır. Bir EPFL çalışması, en iyi kozmik ölçütleri benzeri görülmemiş bir şekilde kalibre etti. kesinlikHubble gerilimine yeni bir ışık tutuyor.
Erken Evren ve geç Evren ölçüm yöntemleri arasındaki kozmik genişleme oranındaki (H0) bir tutarsızlık olan Hubble gerilimi, astrofizikçileri ve kozmologları şaşırttı. EPFL’nin Fizik Enstitüsündeki Stellar Standart Mumlar ve Mesafeler araştırma grubu tarafından yapılan bir araştırma, Hubble gerilimini yükselterek, mesafe ölçümleri için Cepheid yıldızlarının en doğru kalibrasyonunu sağladı. Tutarsızlık, fiziğin temel kavramlarını sorgulamaktadır ve karanlık enerjinin doğası, zaman-uzay sürekliliği ve yerçekimi ile ilgili çıkarımlara sahiptir.
Evren genişliyor – ama tam olarak ne kadar hızlı? Cevap, Hubble sabiti veya H0 olarak anılan kozmik genişleme oranını Büyük Patlama’nın yankısına (kozmik mikrodalga arka plan veya CMB) dayalı olarak mı tahmin ettiğinize veya H0’ı doğrudan bugünün yıldızlarına dayalı olarak mı ölçtüğünüze bağlıdır. ve galaksiler. Hubble gerilimi olarak bilinen bu sorun, dünya çapında astrofizikçileri ve kozmologları şaşırttı.
EPFL Fizik Enstitüsü’nde Richard Anderson liderliğindeki Stellar Standart Mumlar ve Mesafeler araştırma grubu tarafından yürütülen bir çalışma, yapboza yeni bir parça ekliyor. Dergide bugün (4 Nisan) yayınlanan araştırmaları Astronomi ve AstrofizikAvrupa Uzay Ajansı (ESA’lar) tarafından toplanan verilere dayanarak bugüne kadarki mesafe ölçümleri için parlaklığı belirli bir süre boyunca dalgalanan bir değişken yıldız türü olan Cepheid yıldızlarının en doğru kalibrasyonunu elde etti. Gaia misyon. Bu yeni kalibrasyon, Hubble gerilimini daha da artırıyor.
Bu Hubble görüntüsü, Cepheid değişkeni olarak bilinen bir değişken yıldız türü olan RS Puppis’i göstermektedir. Değişen yıldızlar söz konusu olduğunda, Sefeidlerin nispeten uzun dönemleri vardır – örneğin, RS Puppis’in parlaklığı yaklaşık her 40 günde bir neredeyse beş kat değişir. RS Puppis sıra dışı; Bu değişen yıldız, ışık yankısı olarak bilinen bir olgunun çarpıcı bir netlikle gösterilmesini sağlayan kalın, kara toz bulutlarıyla örtülmüştür. Kredi: NASA, ESA ve Hubble Miras Ekibi (STScI/AURA)-Hubble/Avrupa İşbirliği. Teşekkür: H. Bond (STScI ve Penn State Üniversitesi); ESA/Hubble ve ESO
Hubble sabiti (H0), adını Georges Lemaître ile birlikte 1920’lerin sonunda bu fenomeni keşfeden astrofizikçiden almıştır. Saniyede kilometre cinsinden ölçülür megaparsek (km/s/Mpc), burada 1 Mpc yaklaşık 3,26 milyon ışık yılıdır.
H0’ın en iyi doğrudan ölçümü, ilk basamağı şimdi EPFL çalışmasıyla yeniden ayarlanan Sefeidlerin parlaklığının mutlak kalibrasyonu tarafından belirlenen bir “kozmik mesafe merdiveni” kullanır. Buna karşılık, Sefeidler merdivenin bir sonraki basamağını ayarlıyor, burada süpernovalar – yıldızların yaşamlarının sonundaki güçlü patlamaları – uzayın kendisinin genişlemesini izliyor. 2011 Nobel Fizik Ödülü sahibi Adam Riess liderliğindeki karanlık enerjinin Durumunun Denklemi (SH0ES) ekibi için Süpernova, H0 ile ölçülen bu mesafe merdiveni, H0’ı 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc olarak veriyor.
Big Bang’den sonraki ilk radyasyon
H0 ayrıca, her yerde bulunan mikrodalga radyasyonu olan CMB’nin yorumlanmasıyla da belirlenebilir. Büyük patlama 13 milyar yıldan fazla bir süre önce. Ancak, bu “erken Evren” ölçüm yönteminin farz etmek Evrenin nasıl evrimleştiğine dair en ayrıntılı fiziksel anlayış, onu modele bağlı kılıyor. ESA’lar planck uydu, SPK’daki en eksiksiz verileri sağlamıştır ve bu yönteme göre H0, 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc’dir.
Hubble gerilimi, CMB (erken Evren) yönteminin mi yoksa mesafe merdiveni (geç Evren) yönteminin mi kullanıldığına bağlı olarak bu 5,6 km/s/Mpc tutarsızlığını ifade eder. Her iki yöntemde de yapılan ölçümlerin doğru olması koşuluyla, evreni yöneten temel fizik yasalarının anlaşılmasında bir şeylerin yanlış olduğu ima edilmektedir. Doğal olarak, bu önemli konu, astrofizikçilerin yöntemlerinin güvenilir olmasının ne kadar önemli olduğunun altını çiziyor.
Kozmik mesafe merdiveni. Kredi: NASA, ESA, A. Feild (STScI) ve A. Riess (STScI/JHU)
Yeni EPFL çalışması çok önemli çünkü mesafe izleyicileri olarak Sefeidlerin kalibrasyonunu iyileştirerek mesafe merdiveninin ilk basamağını güçlendiriyor. Gerçekten de, yeni kalibrasyon astronomik mesafeleri ± %0,9 dahilinde ölçmemize izin veriyor ve bu, geç Evren ölçümüne güçlü bir destek veriyor. Ek olarak, EPFL’de SH0ES ekibiyle işbirliği içinde elde edilen sonuçlar, H0 ölçümünün iyileştirilmesine yardımcı olarak, geliştirilmiş hassasiyet ve Hubble geriliminin öneminin artmasıyla sonuçlandı.
Anderson, “Çalışmamız 73 km/s/Mpc genişleme oranını doğruluyor, ancak daha da önemlisi, Sefeidlerin bugüne kadarki mesafeleri ölçmek için kullanılan en hassas ve güvenilir kalibrasyonlarını da sağlıyor” diyor. “Yüzlerce yıldızdan oluşan yıldız kümelerine ait Sefeidleri arayan bir yöntem geliştirdik ve yıldızların birlikte hareket edip etmediğini test ettik. Samanyolu. Bu hile sayesinde, en iyi bilgiden yararlanabildik. Gaia’nın birçok küme üyesi yıldız tarafından sağlanan hassasiyet kazancından yararlanırken paralaks ölçümleri. Bu, Gaia paralakslarının doğruluğunu sınırlarına kadar zorlamamıza izin verdi ve mesafe merdiveninin dayanabileceği en sağlam temeli sağladı.”
Temel kavramları yeniden düşünmek
Evrenin uçsuz bucaksız ölçeği göz önüne alındığında, sadece birkaç km/sn/Mpc’lik bir fark neden önemlidir? Anderson, “Bu tutarsızlığın büyük bir önemi var” diyor. “Diyelim ki bir dağın karşılıklı iki yakasını kazarak bir tünel inşa etmek istiyorsunuz. Kayanın cinsini doğru anladıysanız ve hesaplarınız doğruysa kazdığınız iki delik merkezde buluşacaktır. Ama yapmazlarsa, bu bir hata yaptığınız anlamına gelir – ya hesaplamalarınız yanlıştır ya da kaya türü konusunda yanılıyorsunuzdur. Hubble sabitinde olan da budur. Hesaplarımızın doğruluğuna dair ne kadar çok onay alırsak, tutarsızlığın Evren hakkındaki anlayışımızın yanlış olduğu, Evrenin tam olarak düşündüğümüz gibi olmadığı anlamına geldiği sonucuna o kadar fazla varabiliriz.”
Tutarsızlığın başka birçok anlamı vardır. Karanlık enerjinin tam doğası, zaman-uzay sürekliliği ve yerçekimi gibi temelleri sorgulamaya çağırıyor. Anderson, “Bu, genel fizik anlayışımızın temelini oluşturan temel kavramları yeniden düşünmemiz gerektiği anlamına geliyor” diyor.
Araştırma grubunun çalışması diğer alanlarda da önemli katkılar sağlıyor. Anderson’ın araştırma grubunda doktora öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı Mauricio Cruz Reyes, “Ölçümlerimiz çok hassas olduğu için bize Samanyolu’nun geometrisi hakkında fikir veriyorlar” diyor. “Geliştirdiğimiz son derece hassas kalibrasyon, örneğin Samanyolu’nun düz disk gökada olarak boyutunu ve şeklini ve diğer gökadalardan uzaklığını daha iyi belirlememizi sağlayacak. Çalışmamız ayrıca güvenilirliğini de doğrulamıştır. Gaia verileri diğer teleskoplardan alınanlarla karşılaştırarak.”
Referans: Mauricio Cruz Reyes ve Richard I. Anderson tarafından yazılan “Açık kümelerin ve Sefeidlerin Gaia DR3 verilerine dayalı olarak Galaktik Cepheid parlaklık ölçeğinin %0,9 kalibrasyonu”, 4 Nisan 2023, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202244775
Bu proje, Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı (hibe sözleşmesi No 947660) kapsamında Avrupa Araştırma Konseyi’nden (ERC) fon almıştır.
DEA, PCEFP2_194638 hibe numaralı bir Eccellenza Profesör Bursu aracılığıyla SNSF tarafından finanse edilmektedir.