NASA’nın NIRCam’i (Yakın Kızılötesi Kamera) ve Hubble’ın WFC3’ünden (Geniş Alan Kamerası 3) yapılan birleşik gözlemler, Dünya’dan 72 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan sarmal gökada NGC 5584’ü göstermektedir. NGC 5584’ün parlayan yıldızları arasında Sefeid değişkenleri adı verilen titreşen yıldızlar ve patlayan yıldızların özel bir sınıfı olan Tip Ia süpernova bulunmaktadır. Gökbilimciler, evrenin genişleme oranını ölçmek için Sefeid değişkenlerini ve Tip Ia süpernovalarını güvenilir mesafe işaretleri olarak kullanıyor. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA ve A. Riess (STScI)
“Hubble Gerilimi” evrenin gözlemlenen ve beklenen genişleme hızı arasındaki farkı ifade eder. James Webb Uzay Teleskobu tarafından daha önce yapılan ölçümleri hassaslaştırır. Hubble uzay teleskobu. Gelişmelere rağmen, evrenin hızla genişlemesi ve altında yatan potansiyel kozmik olaylarla ilgili sorular devam ediyor.
Hubble sabiti olarak bilinen evrenin genişleme hızı, evrenin evrimini ve nihai kaderini anlamak için temel parametrelerden biridir. Ancak sabitin çok çeşitli bağımsız mesafe göstergeleri ile ölçülen değeri ile sabitin tahmin edilen değeri arasında “Hubble Gerginliği” adı verilen kalıcı bir fark görülmektedir. Büyük patlama akşam kızıllığı.
NASAJames Webb Uzay Teleskobu, bu gerilime ilişkin en güçlü gözlemsel kanıtlardan bazılarını incelemek ve iyileştirmek için yeni yetenekler sağlıyor. Johns Hopkins Üniversitesi ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden Nobel Ödülü Sahibi Adam Riess, Hubble sabitinin yerel ölçümlerinin doğruluğunu artırmak için kendisinin ve meslektaşlarının Webb gözlemlerini kullanan son çalışmalarını sunuyor.
Kozmik Ölçümün Zorlukları
“Hiç görüşünüzün sınırında olan bir işareti görmekte zorlandınız mı? Ne diyor? Bu ne anlama geliyor? En güçlü teleskoplarla bile gökbilimcilerin okumak istediği ‘işaretler’ o kadar küçük görünüyor ki biz de zorlanıyoruz.
“Kozmologların okumak istediği işaret, bize evrenin ne kadar hızlı genişlediğini söyleyen kozmik hız sınırı işaretidir – Hubble sabiti adı verilen bir sayı. İşaretimiz uzak galaksilerdeki yıldızlara yazılmıştır. Bu galaksilerdeki bazı yıldızların parlaklıkları bize onların ne kadar uzakta olduklarını ve dolayısıyla bu ışığın bize ulaşmak için ne kadar süredir yol aldığını, galaksilerin kırmızıya kaymaları ise evrenin bu süre içinde ne kadar genişlediğini, dolayısıyla bize şunu söylüyor: genişleme oran.
Bu şema, NASA’nın Hubble ve Webb uzay teleskoplarının, evrenin genişleme oranının kalibre edilmesinde kullanılan özel bir değişken yıldız sınıfına kesin mesafeler belirleme konusundaki birleşik gücünü göstermektedir. Bu Cepheid değişken yıldızları kalabalık yıldız alanlarında görülür. Çevredeki yıldızlardan gelen ışık kirliliği Sefeid’in parlaklığının ölçümünü daha az hassas hale getirebilir. Webb’in daha keskin kızılötesi görüşü, diyagramın sağ tarafında görüldüğü gibi, Sefeid hedefinin çevredeki yıldızlardan daha net bir şekilde izole edilmesini sağlıyor. Webb verileri, evrenin genişleme oranını ölçmek için kozmik mesafe merdiveninin alt basamağını oluşturmada kritik olan Cepheidlere ilişkin Hubble’ın 30 yıllık gözlemlerinin doğruluğunu doğruluyor. Solda NGC 5584, Webb’in NIRCam’i (Yakın Kızılötesi Kamera) ve Hubble’ın Geniş Alan Kamerası 3’ün birleşik görüntüsünde görülüyor. Kredi: NASA, ESA, A. Riess (STScI), W. Yuan (STScI)
“Belirli bir yıldız sınıfı olan Sefeid değişkenleri, yüzyılı aşkın bir süredir bize uzaklığın en hassas ölçümlerini vermiştir çünkü bu yıldızlar olağanüstü derecede parlaktır: Bunlar, Güneş’in parlaklığının yüz bin katı olan süperdev yıldızlardır. Dahası, haftalar boyunca titreşirler (yani boyutları genişler ve küçülürler), bu da göreceli parlaklıklarını gösterir. Dönem ne kadar uzun olursa, doğası gereği o kadar parlak olurlar. Hubble sabitini belirlemek için çok önemli bir adım olan, yüz milyon veya daha fazla ışıkyılı uzaklıktaki galaksilerin mesafelerini ölçmek amacıyla altın standart araçlardırlar. Ne yazık ki, galaksilerdeki yıldızlar, uzak görüş noktamızdan küçük bir alanda bir araya toplanmış durumdalar ve bu nedenle onları görüş hattındaki komşularından ayırma kararlılığından çoğu zaman yoksun kalıyoruz.
Hubble’ın Katkısı ve Webb’in Gelişmeleri
“Hubble Uzay Teleskobu’nu inşa etmenin temel gerekçelerinden biri bu sorunu çözmekti. Hubble’ın 1990’daki fırlatılmasından ve müteakip Sefeid ölçümlerinden önce, evrenin genişleme hızı o kadar belirsizdi ki gökbilimciler evrenin 10 milyar yıldır mı yoksa 20 milyar yıldır mı genişlediğinden emin değillerdi. Bunun nedeni, daha hızlı bir genişleme oranının evrenin daha genç bir yaş almasına yol açması, daha yavaş bir genişleme oranının ise evrenin daha yaşlı bir yaş almasına yol açmasıdır. Hubble, Dünya atmosferinin bulanıklık etkilerinin üzerinde yer aldığından, herhangi bir yer tabanlı teleskoptan daha iyi görünür dalga boyu çözünürlüğüne sahiptir. Sonuç olarak, yüz milyon ışık yılından daha uzaktaki galaksilerdeki Sefeid değişkenlerini tek tek tanımlayabiliyor ve parlaklıklarını değiştirdikleri zaman aralığını ölçebiliyor.
“Ancak, araya giren tozun içinden zarar görmeden geçen ışığı görmek için spektrumun yakın kızılötesi kısmında Sefeidleri de gözlemlemeliyiz. (Toz mavi optik ışığı emip dağıtarak uzaktaki nesnelerin soluk görünmesine neden olur ve bizi olduklarından daha uzakta olduklarına inandırarak kandırır). Ne yazık ki, Hubble’ın kırmızı ışık görüşü mavisi kadar keskin değil, dolayısıyla orada gördüğümüz Cepheid yıldız ışığı, görüş alanındaki diğer yıldızlarla karışmış durumda. Ortalama harmanlama miktarını hesaba katabiliriz, istatistiksel olarakTıpkı bir doktorun tartı okumasından kıyafetlerin ortalama ağırlığını çıkararak kilonuzu hesaplaması gibi, ancak bunu yapmak ölçümlere gürültü katar. Bazı insanların kıyafetleri diğerlerinden daha ağırdır.
“Ancak keskin kızılötesi görüş, James Webb Uzay Teleskobu’nun süper güçlerinden biridir. Büyük aynası ve hassas optikleri sayesinde Sefe ışığını çok az bir harmanlamayla komşu yıldızlardan kolaylıkla ayırabilir. Genel Gözlemciler programımız 1685 ile Webb operasyonlarının ilk yılında, Hubble tarafından bulunan Sefeidlerin kozmik mesafe merdiveni olarak bilinen iki adımda gözlemlerini topladık. İlk adım, Sefeidlerin gerçek parlaklığını kalibre etmemizi sağlayan, bilinen bir geometrik mesafeye sahip bir galaksideki Sefeidleri gözlemlemeyi içerir. Programımız için bu galaksi NGC 4258’dir. İkinci adım, yakın zamandaki Tip Ia süpernovalarına ev sahipliği yapan galaksilerdeki Sefeidleri gözlemlemektir. İlk iki adımın birleşimi, süpernovaların gerçek parlaklıklarını kalibre etmek için mesafeye ilişkin bilgiyi aktarır. Üçüncü adım, evrenin genişlemesinin belirgin olduğu ve parlaklıklarından elde edilen mesafeler ile süpernova ev sahibi galaksilerin kırmızıya kaymalarının karşılaştırılmasıyla ölçülebilen süpernovaları çok uzakta gözlemlemektir. Bu adımlar dizisi mesafe merdiveni olarak bilinir.
“Yakın zamanda birinci ve ikinci adımlardan ilk Webb ölçümlerimizi aldık, bu da mesafe merdivenini tamamlamamıza ve Hubble ile yapılan önceki ölçümlerle karşılaştırmamıza olanak tanıyor (şekle bakın). Webb’in ölçümleri, gözlemevinin çözünürlüğü nedeniyle Sefeid ölçümlerindeki gürültüyü önemli ölçüde azalttı. yakın kızılötesi dalga boyları. Bu tür bir gelişme gökbilimcilerin hayalini kurduğu şeydir! İlk iki adımda 320’den fazla Sefeid gözlemledik. Hubble Uzay Teleskobu’nun önceki ölçümlerinin daha gürültülü de olsa doğru olduğunu doğruladık. Ayrıca Webb ile birlikte dört süpernova ev sahibi daha gözlemledik ve tüm örnek için benzer bir sonuç görüyoruz.
Mesafeleri ölçmek için kullanılan Sefe dönemi-parlaklık ilişkilerinin karşılaştırılması. Kırmızı noktalar NASA’nın Webb’inden, gri noktalar ise NASA’nın Hubble’ından. Üst panel, Tip Ia süpernova taşıyıcısı olan NGC 5584’e aittir ve iç kısım, her teleskop tarafından görülen aynı Sefeid’in görüntü damgalarını göstermektedir. Alt panel, geometrik uzaklığı bilinen bir galaksi olan NGC 4258’e yöneliktir; iç kısım, her bir teleskopla ölçülen NGC 5584 ve NGC 4258 arasındaki mesafe modüllerindeki farkı gösterir. İki teleskop mükemmel bir uyum içindedir. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, A. Riess (STScI) ve G. Anand (STScI)
Hubble Gerginliğinin Devam Eden Gizemi
“Sonuçların hâlâ açıklayamadığı şey, evrenin neden bu kadar hızlı genişliyor gibi göründüğü! Yapabiliriz tahmin etmek evrenin bebeklik tablosunu inceleyerek genişleme hızını, kozmik mikrodalga arka planve sonra evrenin bugün ne kadar hızlı genişlemesi gerektiğini bize anlatmak için zaman içinde nasıl büyüdüğüne dair en iyi modelimizi kullanıyoruz. Genişleme hızına ilişkin mevcut ölçümün tahminleri önemli ölçüde aşması gerçeği, şu anda “Hubble Gerginliği” olarak adlandırılan on yıllık bir sorundur. En heyecan verici olasılık, Gerilim’in evren anlayışımızda kaçırdığımız bir şeye dair bir ipucu olmasıdır.
“Egzotik karanlık enerjinin, egzotik karanlık maddenin varlığını, yerçekimi anlayışımızda bir revizyonu veya benzersiz bir parçacığın veya alanın varlığını gösterebilir. Daha sıradan bir açıklama, birden fazla ölçüm hatasının aynı yönde birleşmesi olabilir (gökbilimciler bağımsız adımlar kullanarak tek bir hatayı dışladılar), bu nedenle ölçümleri daha yüksek bir doğrulukla yeniden yapmak bu kadar önemli. Webb’in Hubble’dan gelen ölçümleri onaylamasıyla birlikte Webb ölçümleri, Hubble’ın Sefeid fotometrisindeki sistematik hataların mevcut Hubble Geriliminde önemli bir rol oynamadığına dair en güçlü kanıtı sağlıyor. Sonuç olarak, daha ilginç olasılıklar masada kalıyor ve Gerginliğin gizemi derinleşiyor.”
Bu gönderi bir veriyi vurgulamaktadır kağıt tarafından kabul edildi Astrofizik Dergisi.
Referans: Adam G. Riess, Gagandeep S. Anand, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Andrew Dolphin, Lucas M. Macri, Louise Breuval tarafından “Artık Kalabalık Değil: JWST Tarafından Cepheidlerin Yüksek Çözünürlüklü Gözlemleriyle Test Edilen Hubble Sabitinin Doğruluğu” , Dan Scolnic, Marshall Perrin ve Richard I. Anderson, Kabul Edildi, Astrofizik Dergisi.
arXiv:2307.15806
Yazar: Adam Riess, Johns Hopkins Üniversitesi’nde Bloomberg Seçkin Profesörü, JHU Krieger Sanat ve Bilim Okulu’nda Uzay Çalışmaları alanında Thomas J. Barber Profesörü, Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde seçkin bir gökbilimci ve 2011 Ödülü sahibidir. Nobel Fizik Ödülü.
