NASA’nın Webb ve Hubble Ekibi Evrenin Genişleme Oranı Bulmacasını Çözmek İçin Çalışıyor

Webb Ölçümleri On Yıllık Gizeme Yeni Bir Işık Tuttu

ABD Kongresi’ne sunulan üç bilimsel gerekçeden biri Hubble uzay teleskobu evrenin genişleme hızına ilişkin kesin bir değer vermek için gözlem gücünü kullanmaktı. Hubble’ın 1990’daki fırlatılmasından önce, yer tabanlı teleskoplarla yapılan gözlemler büyük belirsizliklere yol açıyordu. Genişleme hızına bağlı olarak evren 10 ile 20 milyar yıl arasında herhangi bir yaşta olabilir. Son 34 yılda Hubble bu değeri kesinlik yüzde bire yaklaşıyor. Bu, Cepheid değişken yıldızları olarak bilinen kozmik kilometre taşı işaretleyicilerinin altın standardını ölçerek sözde “kozmik mesafe merdiveni”nin iyileştirilmesiyle gerçekleştirildi.

Ancak sonuçlar kozmologları on yıldır şaşırtıyor. Hubble’dan elde edilen en iyi ölçümler, evrenin şu anda, patlamadan kısa bir süre sonra nasıl göründüğüne ilişkin gözlemlere dayanarak tahmin edilenden daha hızlı genişlediğini gösteriyor. Büyük patlama. Bu gözlemler, kozmik mikrodalga arka plan ışınımının Planck uydu haritalaması ile yapıldı; bu, evrenin Büyük Patlama’dan sonra soğuduktan sonra nasıl bir yapı geliştireceğine dair bir tür plandı.

Bu ikilemin basit çözümü, Hubble’ın gözlemlerinin, derin uzay ölçütünde giderek artan bir yanlışlık nedeniyle yanlış olabileceğini söylemektir. Sonra geldi James Webb Uzay Teleskobu Hubble’ın sonuçlarını kontrol etmek için. Webb’in Sefeidlere ilişkin keskin kızılötesi görüntüleri Hubble verileriyle uyumluydu. Webb, Hubble teleskopunun keskin gözünün başından beri haklı olduğunu doğruladı.

Sonuç olarak, yakındaki evrende olup bitenler ile erken evrenin genişlemesi arasındaki sözde “Hubble Gerginliği” kozmologlar için büyüleyici bir bilmece olmaya devam ediyor. Uzayın dokusuna henüz anlamadığımız bir şeyler dokunmuş olabilir.

Dünya’dan yaklaşık 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir galaksi olan NGC 5468’in bu görüntüsü, Hubble ve James Webb uzay teleskoplarından alınan verileri birleştiriyor. Bu, Hubble’ın Sefe değişen yıldızlarını tespit ettiği en uzak galaksidir. Bunlar evrenin genişleme hızını ölçmek için önemli kilometre taşlarıdır. Sefeidlerden hesaplanan mesafe, galaksideki tip Ia süpernova ile çapraz korelasyona sahiptir. Tip Ia süpernovalar o kadar parlaktır ki Sefeidlerin aralığının çok ötesindeki kozmik mesafeleri ölçmek için kullanılırlar ve evrenin genişleme hızına ilişkin ölçümleri uzayın daha derinlerine kadar genişletirler. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

NASA’nın Webb ve Hubble Teleskopları Evrenin Genişleme Hızını Doğruladı, Bulmaca Devam Ediyor

Kozmolojideki en büyük bilmecelerden birini çözmeye çalışırken ödevinizi üç kez kontrol etmelisiniz. “Hubble Gerginliği” olarak adlandırılan bulmaca, evrenin başlangıç ​​koşullarına ve evrenin evrimine ilişkin mevcut anlayışımıza dayanarak, evrenin mevcut genişleme hızının gökbilimcilerin beklediğinden daha hızlı olmasıdır.

NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’nu ve diğer birçok teleskopu kullanan bilim insanları, sürekli olarak ESA’nın gözlemlerine dayanan tahminlerle eşleşmeyen bir sayı buluyor (Avrupa Uzay Ajansı‘nin) Planck misyonu. Bu tutarsızlığı çözmek yeni fizik gerektiriyor mu? Yoksa uzayın genişleme hızının belirlenmesinde kullanılan iki farklı yöntem arasındaki ölçüm hatalarından mı kaynaklanmaktadır?

Hubble 30 yıldır evrenin genişleme hızını ölçüyor ve gökbilimciler bunun doğruluğuna dair her türlü şüpheyi ortadan kaldırmak istiyor. Şimdi, Hubble ve NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, kesin ölçümler üretmek için bir araya gelerek, ölçüm hatalarının değil, başka bir şeyin genişleme oranını etkilediğini ileri sürüyor.

Baltimore’daki Johns Hopkins Üniversitesi’nden fizikçi Adam Riess, “Ölçüm hataları reddedildikten sonra geriye evreni yanlış anlamış olmamızın gerçek ve heyecan verici olasılığı kalıyor” dedi. Riess, artık “karanlık enerji” olarak adlandırılan gizemli bir fenomen nedeniyle evrenin genişlemesinin hızlandığı gerçeğini keşfetmeye yardımcı olduğu için Nobel Ödülü’ne sahiptir.

Bu yan yana görüntülerin merkezinde, evrenin genişleme hızını ölçmek için bir kilometre taşı olarak kullanılan özel bir yıldız sınıfı bulunuyor: Sefeid değişken yıldızı. İki görüntü oldukça piksellidir çünkü bunlar uzak bir galaksinin çok yakınlaştırılmış bir görünümüdür. Piksellerin her biri bir veya daha fazla yıldızı temsil eder. James Webb Uzay Teleskobu’ndan alınan görüntü, yakın kızılötesi dalga boylarında Hubble’dan (esasen görünür morötesi ışık teleskopu olan) önemli ölçüde daha keskindir. Webb’in daha keskin görüşüyle ​​dağınıklığı azaltan Cepheid, daha net bir şekilde öne çıkıyor ve olası kafa karışıklığını ortadan kaldırıyor. Webb, Sefeidlerin bir örneğine bakmak için kullanıldı ve evrenin genişleme hızının ve yaşının kesin olarak ölçülmesi için temel olan önceki Hubble gözlemlerinin doğruluğunu doğruladı. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

Çapraz kontrol olarak, 2023’teki ilk Webb gözlemi, Hubble’ın genişleyen evrene ilişkin ölçümlerinin doğru olduğunu doğruladı. Ancak Hubble Gerginliğini hafifletmeyi ümit eden bazı bilim insanları, evrenin derinliklerine baktıkça ölçümdeki görülmeyen hataların büyüyebileceğini ve görünür hale gelebileceğini öne sürdüler. Özellikle yıldız kalabalığı, daha uzaktaki yıldızların parlaklık ölçümlerini sistematik bir şekilde etkileyebilir.

Riess liderliğindeki SH0ES (Karanlık Enerjinin Durumu Denklemi için Süpernova H0) ekibi, Webb ile, Cepheid değişken yıldızları olarak bilinen ve artık Hubble verileriyle ilişkilendirilebilen, kritik kozmik kilometre taşı işaretleri olan nesnelere ilişkin ek gözlemler elde etti.

Riess, “Artık Hubble’ın gözlemlediği aralığın tamamını kapsadık ve Hubble Gerginliğinin nedeni olarak bir ölçüm hatasını çok yüksek bir güvenle dışlayabiliriz” dedi.

Ekibin 2023’teki ilk birkaç Webb gözlemi, Hubble’ın sözde kozmik mesafe merdiveninin ilk basamaklarının doğruluğunu sağlam bir şekilde belirlemede doğru yolda olduğunu göstermede başarılı oldu. (Aşağıdaki grafiğe bakın.)

Bu çizim, Hubble sabiti olarak adlandırılan, evrenin zaman içinde ne kadar hızlı genişlediğini hesaplamak için gökbilimcilerin kullandığı üç temel adımı göstermektedir. Tüm adımlar, yakındaki galaksilere olan mesafelerin doğru şekilde ölçülmesiyle başlayıp daha sonra giderek daha uzaktaki galaksilere doğru ilerleyerek güçlü bir “kozmik mesafe merdiveni” oluşturmayı içeriyor. Bu “merdiven”, araştırmacıların mesafeleri hesaplamak için kullanabileceği, kendine özgü bir parlaklığa sahip farklı türdeki astronomik nesnelerin bir dizi ölçümüdür. Daha kısa mesafeler için en güvenilir olanlar arasında Sefeid değişkenleri, yani içsel parlaklıklarını gösteren öngörülebilir hızlarda titreşen yıldızlar yer alır. Gökbilimciler yakın zamanda Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanarak yakındaki Büyük Macellan Bulutu’ndaki 70 Sefeid değişkenini gözlemleyerek söz konusu galaksiye olan mesafenin en hassas ölçümünü yaptı. Gökbilimciler yakındaki Sefeidlerin ölçümlerini, Tip Ia süpernova adı verilen patlayan yıldızlar gibi başka bir kozmik ölçüt de içeren daha uzaktaki galaksilerdeki ölçümlerle karşılaştırıyorlar. Bu süpernovalar Sefeid değişkenlerinden çok daha parlaktır. Gökbilimciler bunları Dünya’dan uzak galaksilere olan mesafeyi ölçmek için “dönüm noktası işaretleri” olarak kullanıyor. Bu işaretlerin her biri “merdiven”deki bir önceki adıma dayanmaktadır. Gökbilimciler, farklı türden güvenilir kilometre taşı işaretleri kullanarak merdiveni uzatarak evrende çok büyük mesafelere ulaşabilirler. Gökbilimciler bu uzaklık değerlerini, uzayın eşit şekilde genişlemesi nedeniyle mesafe arttıkça giderek daha fazla kırmızılaşan tüm galaksinin ışığının ölçümleriyle karşılaştırıyor. Gökbilimciler daha sonra evrenin ne kadar hızlı genişlediğini hesaplayabilirler: Hubble sabiti. Kredi: NASA, ESA ve A. Feild (STScI)

Gökbilimciler, gözlemlenen nesneye bağlı olarak evrendeki göreceli mesafeleri ölçmek için çeşitli yöntemler kullanırlar. Bu teknikler toplu olarak kozmik mesafe merdiveni olarak bilinir; her basamak veya ölçüm tekniği, kalibrasyon için bir önceki adıma dayanır.

Ancak bazı gökbilimciler, Sefeid ölçümlerinin mesafeyle birlikte daha az doğru hale gelmesi durumunda, “ikinci basamak” boyunca dışarı doğru ilerledikçe kozmik mesafe merdiveninin sallanabileceğini öne sürdü. Bu tür yanlışlıklar, bir Sefeid’in ışığının komşu bir yıldızın ışığıyla karışabilmesi nedeniyle meydana gelebilir; bu etki, yıldızlar bir araya toplandıkça ve birbirlerinden ayırt edilmesi zorlaştıkça mesafe arttıkça daha belirgin hale gelebilir.

Gözlemsel zorluk, bu daha uzaktaki Sefeid değişkenlerinin geçmiş Hubble görüntülerinin, bizimle ev sahibi galaksiler arasında giderek daha uzak mesafelerdeki komşu yıldızlarla daha sıkışık ve üst üste binmiş görünmesi ve bu etkinin dikkatli bir şekilde açıklanmasını gerektirmesidir. Araya giren toz, görünür ışıkta ölçümlerin kesinliğini daha da karmaşık hale getirir. Webb tozu kesiyor ve Sefeidleri doğal olarak komşu yıldızlardan izole ediyor çünkü onun görüşü kızılötesi dalga boylarında Hubble’ınkinden daha keskin.

“Webb ve Hubble’ı birleştirmek bize her iki dünyanın da en iyisini sunuyor. Kozmik mesafe merdiveninde ilerledikçe Hubble ölçümlerinin güvenilir kaldığını görüyoruz” dedi Riess.

yeni Webb gözlemleri toplam 1.000 Sefeid içeren sekiz Tip Ia süpernovadan oluşan beş ev sahibi gökada içerir ve Sefeidlerin iyi ölçüldüğü en uzak gökadaya (NGC 5468) 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta uzanır. “Bu, Hubble ile ölçüm yaptığımız tüm alanı kapsıyor. Webb ve Hubble teleskoplarını işleten Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden ortak yazar Gagandeep Anand, “Böylece kozmik mesafe merdiveninin ikinci basamağının sonuna geldik” dedi. NASA.

Hubble ve Webb’in Hubble Gerginliği’ni daha da doğrulaması, gizemi muhtemelen çözecek başka gözlemevleri kurulmasına da yol açıyor. NASA’nın yaklaşmakta olan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, evrenin genişlemesinin hızlanmasına neden olan gizemli enerji olan karanlık enerjinin etkisini incelemek için geniş gök araştırmaları yapacak. ESA’nın Öklid gözlemevi, NASA’nın katkılarıyla benzer bir görevi yürütüyor.

Şu anda sanki Hubble ve Webb’in gözlemlediği uzaklık merdiveni bir nehrin kıyı şeridinde sağlam bir bağlantı noktası oluşturmuş ve Planck’ın evrenin başlangıcından itibaren yaptığı ölçümle gözlemlenen Büyük Patlama’nın ardından gelen parlaklık diğer kıyı şeridinde sağlam bir şekilde yerleşmiş gibi. . Bu iki uç nokta arasındaki milyarlarca yılda evrenin genişlemesinin nasıl değiştiği henüz doğrudan gözlemlenemedi. Riess, “Evrenin başlangıcı ile günümüz arasında nasıl bağlantı kuracağımız konusunda bir şeyleri kaçırıp kaçırmadığımızı bulmamız gerekiyor” dedi.

Bu bulgular 6 Şubat 2024 tarihli sayısında yayınlandı. Astrofizik Günlük Mektupları.

Referans: Adam G. Riess, Gagandeep S. Anand, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Andrew Dolphin, Lucas M. Macri, Louise Breuval, “JWST Gözlemleri, 8σ Güvende Hubble Geriliminin Açıklaması Olarak Sefeid Fotometrisinin Tanınmayan Kalabalıklığını Reddediyor” Dan Scolnic, Marshall Perrin ve Richard I. Anderson, 6 Şubat 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd

Hubble Uzay Teleskobu otuz yılı aşkın bir süredir faaliyet gösteriyor ve evrene ilişkin temel anlayışımızı şekillendiren çığır açıcı keşifler yapmaya devam ediyor. Hubble, NASA ve ESA arasındaki uluslararası işbirliğinin bir projesidir. NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi teleskopu yönetiyor. Goddard ayrıca Denver, Colorado’daki Lockheed Martin Space ile görev operasyonları yürütüyor. Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI), NASA için Hubble ve Webb bilim operasyonlarını yürütmektedir.

James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözüyor, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakıyor ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştırıyor. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yürütülen uluslararası bir programdır.