Tarptautinis H0DN bendradarbiavimas – mokslininkų bendruomenės sutarimo ataskaita apie Hablo konstantą – iš naujo išdėstė žymenis, kuriuos naudojame kosminiam plėtimuisi matuoti, sukurdama sistemą, kuri nustato 73,5 kilometro per sekundę greitį megaparsekui vietinėje Visatoje su 7 sigma tikslumu.
Cefeidė, kintamoji žvaigždė RS Puppis, pulsuoja reguliariu periodu. (NASA, ESA, Hablo paveldo komanda; Howard Bond/STScI ir Pensilvanijos valstijos universitetas)
Problema ta, kad nepriklausomi matavimai vis dar rodo 67,24 kilometro per sekundę greitį megaparsekui ankstyvojoje Visatoje – ir šios naujos pastangos nepriartino mūsų prie neatitikimo, vadinamo Hablo įtampa, išsprendimo.
Mūsų Visata atsirado maždaug prieš 13,8 milijardo metų ir nuo to laiko plečiasi. Šis greitis vadinamas Hablo konstanta arba H0 ir yra vienas iš pagrindinių matavimų, kuriuos naudojame norėdami suprasti mus supantį kosmosą.
Naujai sukurto Vietinio atstumo tinklo (ISSI) schema.
Hablo konstanta padeda apskaičiuoti Visatos amžių ir dydį. Ji padeda mums suprasti paslaptingos tamsiosios energijos, kuri skatina Visatos plėtimąsi, įtaką. Tai viena iš verčių, reikalingų tarpgalaktiniams atstumams apskaičiuoti.
Astronomai turi keletą labai tikslių įrankių H0 greičiui nustatyti, ir čia prasideda problemos.
Visi matavimo įrankiai lokalioje, neseniai gimusioje Visatoje duoda gana nuoseklius rezultatus – apie 72–74 kilometrus per sekundę megaparsekui. Prietaisai, skirti matavimui tolimoje, ankstyvojoje Visatoje, taip pat duoda gana nuoseklius rezultatus – apie 67 arba 68 kilometrus per sekundę megaparsekui.
Tačiau šių dviejų epochų negalima suderinti, o tai rodo, kad mums trūksta kažko svarbaus. Šis neatitikimas vadinamas Hablo įtampa.
H0DN bendradarbiavimas problemą sprendė sutelkdamas dėmesį į lokalią Visatą. Norėdami išmatuoti H0 lokalioje erdvėje, astronomai remiasi tuo, kas vadinama kosminio atstumo kopėčiomis (cosmic distance ladder), kur kiekviena kopėčių pakopa žymi skirtingą matavimo techniką.
Kosminio atstumo kopėčių schema. (NASA, ESA, A. Feild/STScI ir A. Riess/STScI/JHU)
Pirmoji pakopa yra paralaksas – tai matomas tolimų objektų padėties poslinkis žiūrint iš skirtingų požiūrio taškų. Žemei judant aplink Saulę, žvaigždžių paralaksas parodo, kaip toli jos yra.
Antrasis laiptelis yra žinomo ryškumo žvaigždės, tokios kaip cefeidų kintamieji. Trečiasis laiptelis yra Ia tipo supernovos, kurių ryškumo pikas yra žinomas.
Vienas iš galimų Hablo įtampos paaiškinimų yra tas, kad viename iš atstumo kopėčių laiptelių galėjo būti klaidingas skaičiavimas, kuris buvo perkeltas į galutinį matavimą.
Siekdami tai išspręsti, bendradarbiaujant buvo sukurtos ne kopėčios, o atstumų tinklas, sudarytas iš daugelio persidengiančių atstumo matavimo metodų, įskaitant cefeidų kintamuosius, žvaigždes raudonosios milžinės šakos viršūnėje, Miros kintamuosius, megamaserius, Ia ir II tipo supernovas, paviršiaus ryškumo svyravimus, Tully-Fišerio sąryšį ir pagrindinę plokštumą.
Visa tai leidžia tiksliai išmatuoti netoliese esančias žvaigždes ir galaktikas, kai kurios iš jų persidengia. Sujungtas vietinis atstumų tinklas rodo, kad vietinė Hablo konstanta yra 73,5 kilometro per sekundę megaparsekui.
Svarbu tai, kad tyrėjai atliko griežtus rezultatų testus. Jie bandė paeiliui pašalinti kelis metodus ir teleskopus, kad pamatytų, ar vieno pašalinimas pakeičia rezultatą – o tai būtų parodę metodo trūkumą.
Jie taip pat bandė naudoti skirtingus duomenų rinkinius ir keisti prielaidas, kuriomis buvo pagrįsta jų analizė.
Rodyklė vos pajudėjo. Tai griežčiausias iki šiol atliktas H0 tyrimas vietiniu lygmeniu, ir jis atlaikė viską, ką galėjo padaryti H0DN bendradarbiavimas.
Tačiau H0 matavimai tolimoje Visatoje taip pat yra patikimi ir nuolat svyruoja apie 67 kilometrų per sekundę megaparsekui.
Pastaraisiais metais kai kurios pastangos buvo sutelktos į Hablo įtampos panaikinimą remiantis tuo, kad mūsų matavimai gali būti klaidingi. Paprastai, jei turime dvi galimybes – žmogaus klaida ir nežinoma fizika, kaltininkas dažniausiai būna pirmasis, todėl tai nėra nepagrįstas lūkestis.
Tačiau šis naujas tyrimas aiškiai rodo, kad problema iš tiesų yra reali – ir jai išspręsti gali prireikti naujos fizikos.
Tyrėjai savo vietinio atstumo tinklo kodą „GitHub“ paskelbė laisvai prieinamą, kad kiti galėtų pabandyti atkurti rezultatus.
„Užuot vien tik apriboję tamsiosios energijos modelius, kaip buvo įsivaizduota prieš dešimtmetį, pagerintas H0 tikslumas dabar atskleidžia platesnį standartinės kosmologijos sistemos nenuoseklumą ir sustiprina argumentus už naują fiziką arba gilesnį ankstyvosios Visatos išvadų persvarstymą“, – rašoma H0DN bendradarbiavimo ataskaitoje.
„Besikeičiantis H0 vaidmuo jau pakeitė mūsų supratimą apie tiksliąją kosmologiją, ir gali laukti daugiau staigmenų.“
Straipsnis paskelbtas žurnale Astronomy & Astrophysics.
Kosmologai bendradarbiauja siekdami tikslesnių Hablo konstantos matavimų
Koks Visatos amžius? Seniausios žvaigždės mums duoda užuominą
Webb kosminis teleskopas priartina stebimos Visatos ribas arčiau prie Didžiojo sprogimo
Webb kosminis teleskopas priartina stebimos Visatos ribas arčiau prie Didžiojo sprogimo
Astronomai teigia nustatę, kad galaktikos sukasi kaip laikrodžiai