Gåtan hur det lokala universum accelererar (i vintergatan och 600 ljusår om denna)

 

Bild https://noirlab.edu  Konstnärlig tolkning av de kosmiska avståndsstegen. En rad överlappande metoder som används för att mäta avstånd över universum där varje steg på stegen ger information som kan användas för att bestämma avståndet på nästa högre steg. Metoderna inkluderar observationer av pulserande Cepheid-variabla stjärnor, röda jättestjärnor som lyser med känd ljusstyrka, typ Ia-supernovor och vissa typer av galaxer. I ovan illustration börjar avståndsstegen vid Coma-hopen som är den närmaste galaxhopen till oss. Avståndet till Coma-klustret kan mätas direkt med hjälp av observationer av typ Ia-supernovor inom hopen. Typ Ia-supernovor har en förutsägbar ljusstyrka som gör dem pålitliga som objekt för avståndsberäkningar. CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/J. Pollard Bildbehandling: D. de Martin & M. Zamani (NSF NOIRLab)

Astronomer har försökt mäta universums expansionshastighet med två fundamentalt olika metoder. Den ena metoden bygger på att mäta avstånd till stjärnor och galaxer i det närliggande universum. Den andra använder mätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden för att förutsäga vad expansionshastigheten skulle vara idag enligt standardmodellen för kosmologi.

Dessa två metoder förväntas ge samma resultat men gör inte det. Mätningar baserade på det närliggande universum indikerar konsekvent en högre expansionshastighet omkring 73 kilometer per sekund per megaparsec medan förutsägelser utifrån det tidiga universum ger ett lägre värde, närmare 67 eller 68. Även om den numeriska skillnaden är måttlig är den mycket större än vad som kan förklaras av statistisk osäkerhet. Denna ihållande oenighet känd som Hubble-spänningen, har nu observerats i flera oberoende studier och olika teknik.

Genom att samla decennier av oberoende observationer i en enda, enhetlig ram har ett internationellt samarbete med astronomer uppnått den mest precisa direkta mätningen hittills av expansionshastigheten i det närliggande universum. I en artikel publicerad den 10 april i Astronomy & Astrophysics rapporterar H0 Distance Network (H0DN) Collaboration ett värde på Hubble-konstanten på 73,50 ± 0,81 kilometer per sekund per megaparsec, vilket motsvarar en precision på strax över 1%.

Studien, "The Local Distance Network: a community consensus report on the measurement of the Hubble-konstant med ∼1% precision," är resultatet av en bred samhällsinsats som lanserades vid International Space Science Institute (ISSI) Breakthrough Workshop, "What's under the H0od?", som hölls vid ISSI i Bern, Schweiz, i mars 2025.

"Detta är inte bara ett nytt värde av Hubble-konstanten," noterar de, "det är en gemenskapsbyggd ram som för samman årtionden av oberoende avståndsmätningar, transparent och tillgängligt."

NSF NOIRLab bidrog med både expertis och observationsdata till detta arbete. John Blakeslee, astronom och forsknings- och vetenskapschef vid NSF NOIRLab och  medlem i samarbetet var en av de som skrev studien. Studien inkluderar data från teleskop vid NSF Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) i Chile och NSF Kitt Peak National Observatory (KPNO) i Arizona, båda program inom NSF NOIRLab. Dessa data integrerades i en bredare, samarbetsinriktad ram som omfattar både mark- och rymdbaserade observatorier, vilket bidrog till att stärka det övergripande resultatet.

"Detta arbete utesluter i praktiken förklaringar till Hubble-spänningen som bygger på ett enda förbisett fel i lokala avståndsmätningar," avslutar författarna. "Om spänningen är verklig, som den växande mängden bevis antyder kan den peka på ny fysik bortom den vanliga kosmologiska modellen."

Konsekvenserna är betydande. Den lägre expansionshastighet som härleds från det tidiga universum beror på den standardmodellen för kosmologi vilken beskriver hur universum har utvecklats sedan Big Bang. Om den modellen är ofullständig till exempel om den inte fullt ut tar hänsyn till beteendet hos mörk energi, nya partiklar eller gravitationsförändringar skulle dess förutsägelser för dagens expansionshastighet påverkas.

I så fall är Hubble-spänningen kanske inte resultatet av mätfel, utan snarare bevis på att den nuvarande modellen av universum saknar en nyckelkomponent. Det lokala avståndsnätverket etablerar också en ram för framtida undersökningar. Genom att göra  metoder och data öppet tillgängliga har samarbetet skapat en grund som kan utökas med nya observationer. Med nästa generations observatorier som förväntas ge ännu mer precisa mätningar siktar astronomer på att avgöra om denna avvikelse slutligen kommer att lösas eller fortsätta peka mot ny fysik.

 Denna forskning presenteras i en artikel med titeln "The Local Distance Network: A community consensus report on the measurement of the Hubble constant at ∼1% precision" som publiceras i Astronomy & Astrophysics.