Este posibil ca Telescopul James Webb să fi rezolvat în sfârșit criza din cosmologie

Un studiu analitic realizat de Universitatea din Chicago pentru a măsura rata de expansiune a universului a concluzionat că este posibil să nu existe „tensiune Hubble”.

„Criza cosmologiei”, declanșată de diferite măsurători ale expansiunii universului, poate fi aproape de a fi rezolvată datorită… Telescopul spațial James WebbNoile date analizate de oamenii de știință sugerează că turbulențele Hubble ar putea să nu fie atât de intense cum se credea anterior. Acest lucru ar putea însemna că modelul nostru actual al universului rămâne exact.

Discuție despre rata de expansiune a universului

Știm multe despre universul nostru, dar astronomii încă dezbat cât de repede se extinde. Într-adevăr, în ultimele două decenii, cele două modalități principale de măsurare a acestui număr – cunoscute sub numele de constanta Hubble – au venit cu răspunsuri diferite, ceea ce i-a determinat pe unii să se întrebe dacă lipsește ceva în modelul nostru despre modul în care funcționează universul.

Noi perspective de la telescopul spațial James Webb

Dar noile măsurători efectuate de puternicul telescop spațial James Webb sugerează că nu poate exista un conflict, cunoscut și sub numele de „tensiune Hubble”, până la urmă.

Într-o lucrare depusă către Jurnalul de astrofizică, Universitatea din Chicago Cosmologul Wendy Friedman și colegii ei au analizat noile date capturate de NASAOamenii de știință au reușit să măsoare distanța până la zece galaxii din apropiere folosind puternicul telescop spațial James Webb și, de asemenea, au putut măsura o nouă valoare pentru rata actuală de expansiune a universului.

Măsurată la 70 de kilometri pe secundă pe megaparsecse suprapune cu cealaltă metodă principală a constantei Hubble.

„Pe baza acestor date noi ale telescopului James Webb și folosind trei metode independente, nu găsim nicio dovadă puternică pentru existența tensiunii Hubble”, a spus Friedman, un astronom renumit și profesor de astronomie și astrofizică la Universitatea din Chicago , modelul nostru cosmologic standard pare a fi Pentru a explica evoluția universului, este ferm.”

Stresul Hubble?

Știm că universul se extinde în timp din 1929, când Edwin Hubble (absolvent al Universității din Chicago în 1910, doctorat 1917) a făcut măsurători ale stelelor care au indicat că galaxiile mai îndepărtate de Pământ se îndepărtau de Pământ mai rapid decât galaxiile din apropiere. . Dar este surprinzător de dificil să faci o cifră exactă cu cât de repede se extinde universul în acest moment.

Acest număr, cunoscut sub numele de constanta Hubble, este esențial pentru înțelegerea poveștii din spate a universului. Este o parte fundamentală a modelului nostru despre cum evoluează universul în timp.

„Confirmarea realității tensorului constant Hubble va avea consecințe majore pentru fizica fundamentală și cosmologia modernă”, a explicat Friedman.

Diferite moduri de măsurare

Având în vedere importanța și dificultatea efectuării acestor măsurători, oamenii de știință le testează folosind diferite metode pentru a se asigura că sunt cât mai precise posibil.

O abordare majoră implică studierea luminii reziduale din urma Big bangcunoscut sub numele de fundal cosmic cu microunde. Cea mai bună estimare actuală a constantei Hubble folosind această metodă, care este foarte precisă, este de 67,4 kilometri pe secundă pe megaparsec.

A doua metodă majoră, în care Friedman este specializat, este măsurarea directă a expansiunii galaxiilor din vecinătatea noastră cosmică locală, folosind stele a căror strălucire o cunoaștem. Așa cum luminile mașinilor par mai slabe când sunt departe, stelele par mai slabe la distanțe din ce în ce mai mari. Măsurând distanțele și vitezele la care galaxiile se îndepărtează de noi, putem deduce cât de repede se extinde universul.

În trecut, măsurătorile efectuate în acest fel au dat un număr mai mare pentru constanta Hubble – mai aproape de 74 de kilometri pe secundă pe megaparsec.

Puzzle de tensiune Hubble

Această diferență este suficient de mare încât unii oameni de știință să speculeze că ceva important poate lipsi din modelul nostru standard al evoluției universului. De exemplu, deoarece o metodă se uită la primele zile ale universului, iar cealaltă se uită la epoca actuală, este posibil ca ceva mare în univers să se fi schimbat în timp. Această aparentă discrepanță a devenit cunoscută sub numele de „tensiune Hubble”.

Intrați în telescopul spațial James Webb

Telescopul spațial James Webb, sau JWST, oferă omenirii un nou instrument puternic pentru vizualizarea adâncurilor în spațiu. Lansat în 2021, succesorul telescopului Hubble, acesta a surprins imagini uimitor de clare, a dezvăluit noi aspecte ale lumilor îndepărtate, a colectat date fără precedent și a deschis noi ferestre asupra universului.

Friedman și colegii ei au folosit telescopul pentru a face măsurători a 10 galaxii din apropiere care oferă baza pentru măsurarea ratei de expansiune a universului.

Pentru a-și verifica rezultatele, au folosit trei metode independente. Prima metodă folosește un tip de stea cunoscut sub numele de stea variabilă Cepheid, care își schimbă luminozitatea în mod previzibil în timp. A doua metodă este cunoscută sub numele de „vârful ramului gigant roșu” și folosește faptul că stelele cu masă mică ating o limită superioară fixă ​​a luminozității lor. A treia și cea mai recentă metodă folosește un tip de stea numit stele carbon, care au culori și luminozitate constante în spectrul luminii infraroșu apropiat. Noua analiză este prima care folosește toate cele trei metode simultan, în cadrul acelorași galaxii.

Reevaluarea constantei Hubble

În fiecare caz, valorile s-au încadrat în marja de eroare a valorii date de metoda fondului cosmic cu microunde de 67,4 kilometri pe secundă pe megaparsec.

„Obținerea unui acord bun de la trei tipuri foarte diferite de stele, pentru noi, este un indicator puternic că suntem pe drumul cel bun”, a spus Friedman.

„Observațiile viitoare cu ajutorul telescopului James Webb vor fi cruciale pentru confirmarea sau infirmarea tensorului Hubble și evaluarea implicațiilor pentru cosmologie”, a spus Barry Madore, coautor al studiului de la Universitatea British Columbia. Fundația Carnegie pentru Știință și facultate în vizită la Universitatea din Chicago.

Referință: „Raport de stare a programului Chicago-Carnegie Hubble (CCHP): trei estimări astrofizice independente ale constantei Hubble folosind telescopul spațial James Webb” de Wendy L. Friedman și Barry F. Madore, In-Sung Jang și Taylor J. Hoyt și Abigail J. Lee, Kayla A. Owens, 12 august 2024, Astrofizică > Cosmologie și astrofizică nongalactică.
arXiv:2408.06153

Alți co-autori ai acestei lucrări au fost cercetătorul de la UChicago, In Sung Jang, Taylor Hoyt (Ph.D. ’22, acum la Lawrence Berkeley National Laboratory) și studenții absolvenți de la UChicago Kayla Owens și Abby Lee.

Finanțare: NASA.