Pastaraisiais metais astronomija patyrė tam tikrą krizę: nors žinome, kad visata plečiasi, ir nors apytiksliai žinome, kaip greitai ji vyksta, du pagrindiniai šio plėtimosi matavimo būdai nesutampa. Dabar Nielso Bohro instituto astrofizikai siūlo naują metodą, kuris gali padėti išspręsti šią įtampą.

Visata plečiasi

Mes tai žinome nuo tada, kai Edvinas Hablas ir kiti astronomai maždaug prieš 100 metų išmatavo daugelio aplinkinių galaktikų greitį. Visatos galaktikos dėl šio plėtimosi yra „stumiamos“ viena nuo kitos, todėl tolsta viena nuo kitos.

Kuo didesnis atstumas tarp dviejų galaktikų, tuo greičiau jos tolsta vienas nuo kito, o tikslus šio judėjimo greitis yra vienas iš svarbiausių šiuolaikinės kosmologijos dydžių. Skaičius, apibūdinantis plėtimąsi, vadinamas Hablo konstanta, jis randamas daugelyje skirtingų visatos ir jos komponentų lygčių bei modelių.

Galaktikos erdvėje yra daugiau ar mažiau nejudančios, tačiau pati erdvė plečiasi. Dėl to galaktikos vis sparčiau tolsta viena nuo kitos. Tačiau, kaip greitai, yra šiek tiek paslaptis. Kreditas: ISO/L. Calada. Galaktikos erdvėje yra daugiau ar mažiau nejudančios, tačiau pati erdvė plečiasi. Dėl to galaktikos vis sparčiau tolsta viena nuo kitos. Tačiau, kaip greitai, yra šiek tiek paslaptis. Kreditas: ISO/L. Calada

Hablo problema

Norėdami suprasti visatą, turime kuo tiksliau žinoti Hablo konstantą. Yra keletas būdų jį išmatuoti; Metodai yra vienas nuo kito nepriklausomi, bet, laimei, duoda beveik tą patį rezultatą.

Tai yra, tai beveik…

Lengviausias intuityvus būdas suprasti iš principo yra tas pats metodas, kurį Edvinas Hablas ir jo kolegos naudojo prieš šimtmetį: galaktikų grupės nustatymas ir jų atstumų bei greičių matavimas. Praktiškai tai daroma ieškant galaktikų su sprogstančiomis žvaigždėmis, arba taip vadinama Supernovos. Šis metodas yra papildytas kitu metodu, analizuojančiu pažeidimus vadinamojoje Kosminė foninė spinduliuotė; Senovinė šviesos forma, atsiradusi netrukus po to didysis sprogimas.

Du metodai – supernovos metodas ir foninės spinduliuotės metodas – visada davė šiek tiek skirtingus rezultatus. Tačiau bet koks matavimas susijęs su neapibrėžtumu, o prieš kelerius metus neapibrėžtumas buvo pakankamai didelis, kad galėtume juos kaltinti dėl skirtumo.

Kairiajame pusrutulyje pavaizduota besiplečianti supernovos liekana, kurią Tycho Brahe atrado 1572 m., čia žiūrima rentgeno spinduliais (autoriai: NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes ir kt.). Dešinėje yra iš pusės dangaus sklindančios kosminės foninės spinduliuotės žemėlapis, stebimas mikrobangų krosnelėje. Autoriai: NASA / WMAP mokslo komanda

Tačiau tobulėjant matavimo technikoms, neapibrėžtumas sumažėjo, ir dabar mes pasiekėme tašką, kai galime tvirtai teigti, kad nė vienas iš jų negali būti tiesa.

Šios „Hablo problemos“ šaknys – ar nežinomi efektai sistemingai iškraipo vieną iš rezultatų, ar tai rodo naują fiziką, kuri dar nebuvo atrasta – šiuo metu yra viena karščiausių astronomijos temų.

Nuolatinis Hablo paradoksas

Visatos plėtimasis matuojamas „greičiu per atstumą“, kuris yra šiek tiek daugiau nei 20 kilometrų per sekundę milijonui šviesmečių. Tai reiškia, kad už 100 milijonų šviesmečių esanti galaktika nuo mūsų tolsta 2000 km/s greičiu, o kita galaktika, esanti už 200 milijonų šviesmečių, tolsta nuo mūsų 4000 km/s greičiu.

Tačiau naudojant supernovas galaktikų atstumui ir greičiams matuoti, gaunama 22,7 ± 0,4 km/s, o analizuojant kosminę foninę spinduliuotę – 20,7 ± 0,2 km/s.

Atkreipti dėmesį į tokį nedidelį nesutarimą gali atrodyti nuobodu, tačiau tai gali būti labai svarbu. Pavyzdžiui, šis skaičius atsiranda apskaičiuojant visatos amžių, o taikant du metodus gaunamas atitinkamai 12,8 ir 13,8 milijardo metų amžius.

Kilonova: naujas požiūris į matavimą

Vienas didžiausių iššūkių yra tiksliai nustatyti atstumus iki galaktikų. Tačiau naujame tyrime Albertas Snippenas, Kopenhagos Nielso Bohro instituto Kosminės aušros centro astrofizikos doktorantas, siūlo naują atstumo matavimo būdą, kuris galėtų padėti išspręsti vykstantį ginčą.

„Kai dvi itin kompaktiškos neutroninės žvaigždės – pačios supernovos liekanos – skrieja viena aplink kitą ir galiausiai susilieja, jos sprogsta naujame sprogime; tai vadinama kilonova“, – aiškina Albertas Snepenas. „Neseniai parodėme, koks nepaprastai simetriškas yra šis sprogimas. pasirodo, kad „Ši simetrija ne tik graži, bet ir nepaprastai naudinga“.

in Trečias tyrimas Ką tik paskelbtas produktyvus doktorantas įrodo, kad kilonovas, nors ir sudėtingas, galima apibūdinti naudojant vieną temperatūrą. Pasirodo, kad kilonovos simetrija ir paprastumas leidžia astronomams tiksliai nustatyti, kiek šviesos ji skleidžia.

Lygindami šį ryškumą su Žemę pasiekiančios šviesos kiekiu, mokslininkai gali apskaičiuoti, kokiu atstumu yra kilonova. Taip jie gavo naują nepriklausomą atstumo iki galaktikų, kuriose yra kilonovų, skaičiavimo metodą.

Darachas Watsonas yra Cosmic Dawn centro docentas ir tyrimo bendraautoris. „Supernovos, kurios iki šiol buvo naudojamos atstumams tarp galaktikų matuoti, ne visada skleidžia tą patį šviesos kiekį, – aiškina jis. – Be to, jos pirmiausia reikalauja, kad mes sukalibruotume atstumą naudojant kito tipo žvaigždes, vadinamas cefeidinėmis žvaigždėmis. kuris savo ruožtu taip pat turi būti kalibruotas.“ Naudodami kilonovas galime apeiti šias komplikacijas, sukeliančias matavimų neapibrėžtumą.

Preliminarūs rezultatai ir būsimi žingsniai

Siekdami įrodyti savo potencialą, astrofizikai šį metodą pritaikė 2017 metais atrastai kilonovai. Rezultatas – Hablo konstanta, artimesnė foninės spinduliuotės metodui, tačiau ar kilonovos metodas pajėgus išspręsti Hablo problemą, mokslininkai kol kas nedrįsta teigti:

„Kol kas turime tik vieną atvejo tyrimą ir mums reikia daugiau pavyzdžių, kad galėtume padaryti tvirtą išvadą“, – perspėja Albertas Snebenas. „Tačiau mūsų metodas aplenkia bent kai kuriuos žinomus neapibrėžtumo šaltinius ir yra labai „švari“ sistema, kurią reikia tirti. Jam nereikia kalibravimo ar korekcijos koeficiento.

Nuoroda: „Hablo konstantos matavimas kilonovatuose naudojant besiplečiančios fotosferos metodą“, autorius Albertas Snepenas, Darachas Watsonas, Dovi Poznanski, Oliveris Gastas, Andreasas Bauzaynas ir Radoslawas Wojtakas, 2023 m. spalio 2 d. Astronomija ir astrofizika.
doi: 10.1051/0004-6361/202346306