Yeni bir ölçüm evren anlayışımızı değiştirebilir

Evren genişliyor, ama tam olarak ne kadar hızlı? Cevap, Hubble sabiti veya H olarak anılan kozmik genişleme oranını tahmin edip etmediğinize bağlı gibi görünüyor.₀— Büyük Patlama’nın yankısına (kozmik mikrodalga arka planı veya CMB) dayalı olarak veya H’yi ölçersiniz₀ doğrudan bugünün yıldızlarına ve galaksilerine dayanmaktadır. Hubble gerilimi olarak bilinen bu sorun, dünya çapında astrofizikçileri ve kozmologları şaşırttı.

EPFL’nin Fizik Enstitüsü’nde Richard Anderson liderliğindeki Stellar Standart Mumlar ve Mesafeler araştırma grubu tarafından yürütülen bir çalışma, bulmacaya yeni bir parça ekliyor. Araştırmaları, yayınlanan Astronomi ve Astrofizik, Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) Gaia misyonu 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. Bu yeni kalibrasyon, Hubble gerilimini daha da artırıyor.

Hubble sabiti (H₀) adını Georges Lemaitre ile birlikte 1920’lerin sonlarında fenomeni keşfeden astrofizikçiden almıştır. 1 Mpc’nin yaklaşık 3,26 milyon ışık yılı olduğu megaparsek (km/s/Mpc) başına saniyede kilometre cinsinden ölçülür.

H’nin en iyi doğrudan ölçümü₀ ilk basamağı Cepheidlerin parlaklığının mutlak kalibrasyonu tarafından belirlenen ve şimdi EPFL çalışması tarafından yeniden kalibre edilen bir “kozmik mesafe merdiveni” kullanır. Buna karşılık Sefeidler, merdivenin bir sonraki basamağını ayarlıyorlar; burada süpernovalar – yıldızların yaşamlarının sonundaki güçlü patlamaları – uzayın kendisinin genişlemesinin izini sürüyor.

Süpernova tarafından ölçülen bu mesafe merdiveni, H₀2011 Nobel Fizik Ödülü sahibi Adam Riess liderliğindeki Karanlık Enerjinin Durumunun Denklemi (SH0ES) ekibi için H’yi koyar.₀ 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc’de.

Big Bang’den sonraki ilk radyasyon

H₀ 13 milyar yıldan daha uzun bir süre önce Büyük Patlama’dan kalan her yerde bulunan mikrodalga radyasyonu olan CMB’nin yorumlanmasıyla da belirlenebilir. Bununla birlikte, bu “erken evren” ölçüm yöntemi, evrenin nasıl evrimleştiğine dair en ayrıntılı fiziksel anlayışı varsaymalı ve onu modele bağımlı kılmalıdır. ESA’nın Planck uydusu, SPK hakkında 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 yanlışlık olduğu anlamı çıkar. Doğal olarak, bu önemli konu, astrofizikçilerin yöntemlerinin güvenilir olmasının ne kadar önemli olduğunun altını çiziyor.

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 ölçmemizi sağlıyor ve bu, geç evren ölçümüne güçlü bir destek sağlıyor. Ayrıca, EPFL’de SH0ES ekibi ile işbirliği içinde elde edilen sonuçlar, H’nin rafine edilmesine yardımcı oldu.₀ ölçüm, geliştirilmiş hassasiyet ve Hubble geriliminin artan önemi ile sonuçlanır.

Anderson, “Çalışmamız 73 km/s/Mpc genişleme oranını doğruluyor, ancak daha da önemlisi, aynı zamanda bugüne kadarki mesafeleri ölçmek için araçlar olarak Sefeidlerin en hassas ve güvenilir kalibrasyonlarını sağlıyor” diyor.

“Yüzlerce yıldızdan oluşan yıldız kümelerine ait Sefeidleri, Samanyolu’nda yıldızların birlikte hareket edip etmediğini test ederek arayan bir yöntem geliştirdik. Bu hile sayesinde, Gaia’nın paralaks ölçümlerinin en iyi bilgisinden yararlanabildik. birçok küme üyesi yıldızın sağladığı kesinlik kazancından yararlanarak. 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 yakasına kazarak bir tünel yapmak istediniz. Kayanın cinsini doğru anladıysanız ve hesaplarınız doğruysa o zaman kazdığınız iki çukur merkezde buluşacaktır. yapmazlarsa, bu bir hata yaptığınız anlamına gelir – ya hesaplamalarınız yanlıştır ya da kaya türü konusunda yanılıyorsunuzdur.

“Hubble sabitinde olan da bu. Hesaplarımızın doğru olduğuna dair ne kadar çok onay alırsak, tutarsızlığın evren anlayışımızın yanlış olduğu, evrenin tam olarak düşündüğümüz gibi olmadığı anlamına geldiği sonucuna o kadar çok 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. Doktora Mauricio Cruz Reyes, “Ölçümlerimiz çok hassas olduğu için bize Samanyolu’nun geometrisi hakkında fikir veriyorlar” diyor. Anderson’ın araştırma grubunda öğrenci ve çalışmanın baş yazarı. “Geliştirdiğimiz son derece hassas kalibrasyon, örneğin Samanyolu’nun düz disk gökada olarak boyutunu ve şeklini ve diğer gökadalara olan mesafesini daha iyi belirlememizi sağlayacak. Çalışmamız, Gaia verilerinin güvenilirliğini, alınanlarla karşılaştırarak da doğruladı. diğer teleskoplardan.”