Otuz Yıllık Uzay Teleskobu Gözlemleri Hubble Sabiti için Kesin Bir Değerde Birleşiyor
Bilim tarihi, evrenin genişleme hızı arayışının 20. yüzyıl kozmolojisinin büyük Kutsal Kâsesi olduğunu kaydedecektir. Uzayın genişlediğine, büzüldüğüne veya hareketsiz durduğuna dair herhangi bir gözlemsel kanıt olmasaydı, evrenin gelip gelmediği veya devam ettiği konusunda hiçbir ipucumuz olmazdı. Ayrıca, eğer evren sonsuz olsaydı, yaşı hakkında da hiçbir fikrimiz olmazdı.
Bu vahyin ilk eylemi, bir asır önce Amerikalı astronom Edwin Hubble’ın ev galaksimiz dışında sayısız galaksiyi keşfettiği zaman geldi. Samanyolu. Ve galaksiler hareketsiz durmuyordu. Hubble, bir galaksi ne kadar uzaksa, bizden o kadar hızlı uzaklaşıyormuş gibi göründüğünü buldu. Bu, uzayın düzgün genişlemesi olarak yorumlanabilir. Hubble, galaksileri basitçe “uzay işaretleri” olarak incelediğini bile söyledi. Ancak, tekdüze genişleyen bir evren fikrine hiçbir zaman tam olarak ikna olmadı. Ölçümlerinin evrende daha tuhaf bir şeyin olup bittiğinin kanıtı olabileceğinden şüpheleniyordu.
“Altın standart teleskoplardan ve kozmik mil işaretçilerinden evrenin genişleme hızının en kesin ölçüsünü alıyorsunuz.” – Nobel ödüllü Adam Riess
Hubble’dan sonraki on yıllar boyunca, gökbilimciler evrenin gerçek bir yaşını verecek genişleme oranını tespit etmeye çalıştılar. Bu, gökbilimcilerin içsel parlaklıklarına makul bir güven duydukları kaynaklardan bir araya getirilmiş bir dizi kozmik mesafe merdiveni inşa etmeyi gerektiriyordu. En parlak ve dolayısıyla en uzak saptanabilir kilometre noktası işaretleri, Tip Ia süpernovalardır.
Ne zaman Hubble uzay teleskobu 1990 yılında fırlatıldığında evrenin genişleme hızı o kadar belirsizdi ki yaşı sadece 8 milyar yıl veya 20 milyar yıl kadar büyük olabilir.
Hubble teleskobunun olağanüstü gözlem gücünü kullanan 30 yıllık titiz çalışmanın ardından, çok sayıda gökbilimci ekibi genişleme oranını %1’in biraz üzerinde bir hassasiyete daralttı. Bu, evrenin 10 milyar yıl içinde iki katına çıkacağını tahmin etmek için kullanılabilir.
Ölçüm, Hubble’ın beklenen kapasitesinden yaklaşık sekiz kat daha hassas. Ancak kozmologlar için bir sayıyı rafine etmekten daha fazlası haline geldi. Bu arada, evreni birbirinden ayıran karanlık enerjinin gizemi keşfedildi. İşleri daha da karmaşık hale getirmek için, mevcut genişleme hızı, evrenin büyük patlamadan kısa bir süre sonra ortaya çıkmasıyla olması beklenenden farklıdır.
Bunun gökbilimcileri hayal kırıklığına uğratacağını düşünüyorsunuz, ancak bunun yerine yeni fiziği keşfetmeye ve evrenin temel işleyişi hakkında beklenmedik sorularla yüzleşmeye kapı açıyor. Ve son olarak, bize yıldızlar arasında öğrenecek daha çok şeyimiz olduğunu hatırlatıyor.
Hubble, Evrenin Genişleme Hızının Gizeminde Yeni Bir Dönüm Noktasına Ulaştı
NASAHubble Uzay Teleskobu, bilim adamlarının kozmosun genişleme hızını kesin olarak hesaplamasına izin vermek için 40’tan fazla “mil noktası işaretçisini” kalibre ederek yaklaşık 30 yıllık bir maratonu tamamladı – bir arsa bükülmesi olan bir görev.
Evrenin genişleme hızı arayışı 1920’lerde gökbilimciler Edwin P. Hubble ve Georges Lemaître tarafından yapılan ölçümlerle başladı. 1998’de bu, evrenin genişlemesini hızlandıran gizemli bir itici güç olan “karanlık enerjinin” keşfedilmesine yol açtı. Son yıllarda, Hubble ve diğer teleskoplardan elde edilen veriler sayesinde, gökbilimciler başka bir garip bükülme buldular: yerel evrende ölçülen genişleme hızı ile büyük patlamadan hemen sonra yapılan ve farklı bir genişleme değeri öngören bağımsız gözlemler arasındaki tutarsızlık.
Bu tutarsızlığın nedeni bir sır olarak kalıyor. Ancak, mesafe belirteçleri olarak hizmet eden çeşitli kozmik nesneleri kapsayan Hubble verileri, muhtemelen yepyeni fiziği içeren garip bir şeyin olduğu fikrini destekliyor.
Maryland, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI) ve Johns Hopkins Üniversitesi’nden Nobel Ödüllü Adam Riess, “Evrenin genişleme hızının en kesin ölçüsünü teleskopların ve kozmik mil işaretçilerinin altın standardından alıyorsunuz” dedi. .
Riess, Supernova, H anlamına gelen SHOES adlı evrenin genişleme oranını araştıran bilimsel bir işbirliğine öncülük ediyor.0, Kara Enerjinin Durumu Denklemi için. “Hubble Uzay Teleskobu, bildiğimiz en iyi teknikleri kullanarak bunu yapmak için inşa edildi. Bu muhtemelen Hubble’ın başyapıtıdır, çünkü bu örnek büyüklüğünü ikiye katlamak Hubble’ın ömrünün 30 yılını daha alacaktır,” dedi Riess.
Riess’in ekibinin makalesi, dergisinin Special Focus sayısında yayınlanacak. Astrofizik Dergisi Hubble sabitindeki en büyük ve muhtemelen son büyük güncellemenin tamamlanmasıyla ilgili raporlar. Yeni sonuçlar, önceki kozmik mesafe işaretleri örneğinin iki katından fazla. Ekibi ayrıca önceki tüm verileri yeniden analiz etti ve tüm veri seti artık 1.000’den fazla Hubble yörüngesini içeriyor.
NASA 1970’lerde büyük bir uzay teleskopu tasarladığında, masraf ve olağanüstü teknik çabanın başlıca gerekçelerinden biri, Samanyolu ve dış galaksilerde görülen, periyodik olarak parlayan ve kararan yıldızlar olan Cepheidleri çözebilmekti. Sefeidler, 1912’de astronom Henrietta Swan Leavitt tarafından faydalı oldukları keşfedildiğinden beri, uzun zamandır kozmik mil belirteçlerinin altın standardı olmuştur. Gökbilimciler, daha büyük mesafeleri hesaplamak için Tip Ia süpernova adı verilen patlayan yıldızları kullanırlar.
Bu nesneler bir araya geldiğinde, evren boyunca bir “kozmik mesafe merdiveni” oluşturdu ve Edwin Hubble’dan sonra Hubble sabiti olarak adlandırılan evrenin genişleme hızını ölçmek için gerekli. Bu değer, evrenin yaşını tahmin etmek için kritik öneme sahiptir ve evreni anlamamızın temel bir testini sağlar.
Hubble’ın 1990’da piyasaya sürülmesinden hemen sonra başlayarak, Hubble sabitini iyileştirmek için Cepheid yıldızlarının ilk gözlemleri iki ekip tarafından yapıldı: Wendy Freedman, Robert Kennicutt ve Jeremy Mould, Marc Aaronson ve bir diğeri Allan Sandage tarafından yönetilen HST Anahtar Projesi ve diğerleri. Yakındaki galaksilere olan mesafe ölçümünü hassaslaştırmak için Cepheidleri kilometre noktası işaretleri olarak kullanan işbirlikçiler. 2000’lerin başında ekipler, bir hedefe ulaşarak “görev tamamlandı” ilan ettiler. kesinlik Hubble sabiti için yüzde 10, megaparsec başına saniyede 72 artı veya eksi 8 kilometre.
2005’te ve yine 2009’da, Hubble teleskobundaki güçlü yeni kameraların eklenmesi, Hubble sürekli araştırmasının “2. Nesil”ini başlattı, çünkü ekipler değeri yalnızca yüzde bir doğrulukla hassaslaştırmaya başladı. Bu, SHOES programı tarafından açıldı. SHOES dahil olmak üzere Hubble kullanan birkaç gökbilimci ekibi, megaparsec başına saniyede 73 artı veya eksi 1 kilometrelik bir Hubble sabit değerinde birleşti. Hubble sabiti sorusunu araştırmak için başka yaklaşımlar kullanılırken, farklı ekipler aynı sayıya yakın değerler bulmuşlardır.
SHOES ekibinde uzun süredir lider olan Johns Hopkins Üniversitesi’nden Dr. Wenlong Yuan, Texas A&M Üniversitesi’nden Dr. Lucas Macri, STScI’den Dr. Stefano Casertano ve Duke Üniversitesi’nden Dr. Dan Scolnic yer alıyor. Proje, evrenin incelenmesinden elde edilen Hubble sabitinin kesinliğini eşleştirerek evreni parantez içine alacak şekilde tasarlandı. kozmik mikrodalga arka plan Evrenin doğuşundan kalan radyasyon.
“Hubble sabiti çok özel bir sayıdır. Evreni kavrayışımızı uçtan uca test etmek için geçmişten günümüze bir iğneye iplik geçirmek için kullanılabilir. ICREA ve ICC-Barselona Üniversitesi’nde kozmolog olan Dr. Licia Verde, SHOES ekibinin çalışmaları hakkında konuşuyor.
Ekip, Hubble ile 42 süpernova kilometre noktası işaretçisini ölçtü. Yılda yaklaşık bir oranında patladıkları görüldüğünden, Hubble, tüm pratik amaçlar için, evrenin genişlemesini ölçmek için mümkün olduğu kadar çok süpernova kaydetmiştir. Riess, “Son 40 yılda görülen Hubble teleskobunun erişebildiği tüm süpernovaların eksiksiz bir örneğine sahibiz” dedi. Broadway müzikalindeki “Kansas City” şarkısının sözleri gibi OklahomaHubble “olabildiğince tüylü gitti!”
Garip Fizik?
Evrenin genişleme hızının, Hubble’ın gerçekte gördüğünden daha yavaş olduğu tahmin ediliyordu. Gökbilimciler, Evrenin Standart Kozmolojik Modelini ve Avrupa Uzay Ajansı’nın (13,8 milyar yıl önceki kalıntı kozmik mikrodalga arka planını gözlemleyen) Planck misyonunun ölçümlerini birleştirerek, Hubble sabiti için daha düşük bir değer öngörüyor: 67,5 artı veya eksi 0,5 kilometre başına SHOES ekibinin tahmini 73 ile karşılaştırıldığında megaparsec başına saniye.
Fizikte bir problemi ciddiye almak için ortak bir eşik olan Riess, büyük Hubble örnek boyutu göz önüne alındığında, şanssız bir beraberlik nedeniyle astronomların yanlış olma ihtimalinin milyonda bir olduğunu söyledi. Bu bulgu, evrenin dinamik evriminin güzel ve düzenli bir resmi haline gelen şeyi çözüyor. Gökbilimciler, yerel evrenin genişleme hızı ile ilkel evrenin genişleme hızı arasındaki kopukluğun bir açıklamasını yapamıyorlar, ancak cevap, evrenin ek fiziğini içerebilir.
Bu tür kafa karıştırıcı bulgular, Riess gibi kozmologlar için hayatı daha heyecanlı hale getirdi. Otuz yıl önce evreni kıyaslamak için Hubble sabitini ölçmeye başladılar, ancak şimdi daha da ilginç bir şey haline geldi. Riess, “Aslında, genişleme değerinin özel olarak ne olduğu umrumda değil ama onu evren hakkında bilgi edinmek için kullanmayı seviyorum,” diye ekledi.
NASA’nın yeni Webb Uzay Teleskobu, bu kozmik dönüm noktası işaretçilerini Hubble’ın görebildiğinden daha uzak mesafelerde veya daha keskin çözünürlükte göstererek Hubble’ın çalışmalarını genişletecek.
Referans: Adam G. Riess, Wenlong Yuan, Lucas M. Macri, Dan Scolnic, Dillon tarafından “Hubble Uzay Teleskobu ve SH0ES Ekibinden 1 km/s/Mpc Belirsizliği ile Hubble Sabitinin Yerel Değerinin Kapsamlı Bir Ölçümü” Brout, Stefano Casertano, David O. Jones, Yukei Murakami, Louise Breuval, Thomas G. Brink, Alexei V. Filippenko, Samantha Hoffmann, Saurabh W. Jha, W. D’arcy Kenworthy, John Mackenty, Benjamin E. Stahl ve Weikang Zheng, Kabul edildi, Astrofizik Dergisi.
arXiv:2112.04510
Hubble Uzay Teleskobu, NASA ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) arasındaki uluslararası işbirliği projesidir. NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi teleskopu yönetiyor. Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI), Hubble bilim operasyonlarını yürütüyor. STScI, Washington DC’deki Astronomi Araştırma Üniversiteleri Birliği tarafından NASA adına işletilmektedir.