Universum expanderar – men exakt hur snabbt kan diskuteras då skilda mätresultat från skilda men absoluta metoder ger skilda resultat. Svaret ger därför flera svar och beror på om det tas hänsyn till den kosmiska expansionshastighet - kallad Hubbles konstant, (Hubbles lag) eller H0 - baserat på ekot från Big Bang (den kosmiska mikrovågsbakgrunden kallad CMB) eller om man mäter H0 direkt baserat på dagens stjärnor och galaxer. Problemet är känt som Hubble-spänningen och förbryllar astrofysiker och kosmologer runt om i världen.
I en ny studie utförd av forskargruppen Stellar Standard Candles and Distances, ledd av Richard Anderson vid EPFL: s Instituteof Physics läggs en ny bit till lösningen. Forskningsresultatet är publicerat i Astronomy &; Astrophysics och uppnådde den mest exakta kalibreringen av cepheidstjärnor.
Cepheidstjärnor är en typ av variabel stjärna vars ljusstyrka fluktuerar över en definierad period och därför används vid avståndsmätningar. Forskningen var baserad på data som samlats in genom Europeiska rymdorganisationens (ESA: s) Gaia-uppdrag. Den nya kalibreringen förstärker Hubble-spänningen ytterligare.
Hubblekonstanten (H0) är uppkallad efter
astrofysikern som tillsammans med Georges Lemaître upptäckte fenomenet i slutet
av 1920-talet. Det mäts i kilometer per sekund per megaparsec (km / s / Mpc),
där 1 Mpc är cirka 3,26 miljoner ljusår.
Vid den bäst direkta mätningen av H0 används en
"kosmisk avståndsstege", vars första steg ställs in ur den
absoluta kalibreringen av Cepheidstjärnors ljusstyrka, nu omkalibrerad i den nya studien.
Cepheiderna kalibrerar i sin tur nästa steg på stegen, där supernovors expansion analyseras. Denna avståndsstege, mätt
av supernovorna, H0, för Equation of State of dark energy (SH0ES) gjorde teamet
under ledning av Adam Riess, vinnare av Nobelpriset i fysik 2011 av H0 på
73,0 ± 1,0 km / s / Mpc.
H0 kan också bestämmas genom att tolka CMB - vilket
är den allestädes närvarande mikrovågsstrålning som finns kvar från Big Bang. Detta
"tidiga universum" som mätmetod
måste dock antas som den mest detaljerade fysiska förståelsen av hur universum
utvecklas vilket gör det till modellberoende. ESA:s Plancksatellit har
tillhandahållit de mest kompletta uppgifterna om CMB, och dess arbetsmetod var
H0 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc.
Den nya studien är viktig eftersom den förstärker
avståndsstegen genom att förbättra kalibreringen av cepheider som
avståndsspårare. Faktum är att den nya kalibreringen gör det möjligt att mäta
astronomiska avstånd inom ± 0,9%, och det ger starkt stöd till mätningen. Dessutom bidrog resultaten som erhölls vid EPFL, i
samarbete med SH0ES-teamet, till att förfina H0-mätningen vilket resulterade i
förbättrad precision och en ökad betydelse för Hubble-spänningen.
Studien bekräftar expansionshastigheten på 73
km/s/Mpc, men ännu viktigare den ger även de mest exakta, tillförlitliga
kalibreringarna av cepheider som verktyg för att mäta avstånd hittills, beskriver
Anderson det i studien och tillägger att de även utvecklade en metod som sökte
efter cepheider i stjärnhopar i Vintergatan. Tack vare detta kunde vi dra nytta av det bästa i Gaias
parallaxmätningar samtidigt som vi kunde dra nytta av den ökade precision som
de många stjärnhopsmedlemmarna gav. Det gjorde det möjligt för oss att pressa
noggrannheten av Gaia-parallaxer till sin gräns och ge en fastaste grund för arbetsmetoden med avståndsstegen.
En skillnad på bara några km/s/Mpc spelar
stor roll i universums enorma skala beskriver Anderson och tillägger med
följande liknelse: Antag att du vill bygga en tunnel genom att gräva från två
motsatta sidor av ett berg. Om du har förstått typen av sten korrekt och om
dina beräkningar är korrekta, kommer de två hålen du gräver att mötas i mitten.
Men om de inte gör det betyder det att du gjort ett misstag - antingen är dina
beräkningar felaktiga eller så har du fel om typen av sten. Det är vad som
händer med Hubble-konstanten. Ju mer bekräftelse vi får på att våra beräkningar
är korrekta desto mer kan vi dra slutsatsen att diskrepansen innebär att vår
förståelse av universum är felaktig att universum inte är riktigt som vi
trodde.
Skillnaden har även många andra konsekvenser. Den
ifrågasätter själva grunderna, som den mörka energins natur, tid-rymdkontinuum
och gravitationen. Det betyder enligt Anderson att vi måste ompröva de
grundläggande begreppen som ligger till grund för vår övergripande förståelse i
fysik.
Jag
(mina funderingar) anser att vi inte har hel förståelse av fysiken (verkligheten)
och att ett paradigmskifte förr eller senare kommer. Kanske strängteorin ska
tas mer på allvar då den kan förklara det mesta kanske allt.
Forskargruppens studie ger ett viktigt bidrag även
inom andra områden. – Eftersom våra mätningar är så exakta ger de oss insikt i
Vintergatans geometri, säger Mauricio Cruz Reyes, doktorand i Andersons
forskargrupp och huvudförfattare till studien. Den mycket noggranna kalibrering
vi utvecklat kommer att göra det möjligt för oss att bättre bestämma
Vintergatans storlek och form och dess avstånd till andra
galaxer. Vårt arbete bekräftade också tillförlitligheten hos Gaia-data genom
att jämföra dem med dem från andra teleskop.
Bild flickr.com
