Вопрос о том, как быстро расширяется Вселенная, не дает покоя астрономам уже почти столетие. Различные исследования дают разные ответы, и некоторые исследователи задаются вопросом, не упустили ли они ключевой механизм в механизме, который управляет космосом.
Теперь, разработав новый способ измерения скорости расширения космоса, команда астрономов Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сделала шаг к разрешению спора. Исследование группы опубликовано сегодня в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
В основе спора лежит постоянная Хаббла, число, которое связывает расстояния с красными смещениями галактик - величина, на которую свет растягивается, путешествуя к Земле через расширяющуюся Вселенную. Оценки постоянной Хаббла колеблются от 67 до 73 километров в секунду на мегапарсек, что означает, что две точки в пространстве на расстоянии 1 мегапарсек (эквивалент 3,26 миллиона световых лет) удаляются друг от друга со скоростью от 67 до 73 километров. в секунду.
«Постоянная Хаббла определяет физический масштаб Вселенной», - сказал Саймон Биррер, аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор исследования. Без точного значения постоянной Хаббла астрономы не могут точно определить размеры удаленных галактик, возраст Вселенной или историю расширения космоса.
Большинство методов получения постоянной Хаббла имеют две составляющие: расстояние до некоторого источника света и красное смещение этого источника света. В поисках источника света, который не использовался в расчетах других ученых, Биррер и его коллеги обратились к квазарам, источникам излучения, питаемым гигантскими черными дырами. И для своего исследования ученые выбрали одно конкретное подмножество квазаров - тех, чей свет был искривлен гравитацией промежуточной галактики, которая создает на небе два изображения квазара, расположенные бок о бок..
Свет от двух изображений идет разными путями к Земле. Когда яркость квазара колеблется, два изображения мерцают друг за другом, а не одновременно. Задержка во времени между этими двумя мерцаниями, наряду с информацией о гравитационном поле галактики, может быть использована для отслеживания пути света и определения расстояний от Земли до квазара и галактики переднего плана. Знание красных смещений квазара и галактики позволило ученым оценить, насколько быстро расширяется Вселенная.
Команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в рамках международного сотрудничества H0liCOW ранее применила этот метод для изучения четырехкратных изображений квазаров, в которых четыре изображения квазара появляются вокруг галактики переднего плана. Но четверные изображения встречаются не так часто - считается, что двойных квазаров примерно в пять раз больше, чем четверных.
Чтобы продемонстрировать этот метод, группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе изучила двойное изображение квазара, известного как SDSS J1206+4332; они полагались на данные космического телескопа Хаббл, Gemini и W. M. Кека, а также из сети Космологического мониторинга гравитационных линз (COSMOGRAIL) - программы, управляемой Федеральной политехнической школой Лозанны в Швейцарии, целью которой является определение постоянной Хаббла..
Томмазо Треу, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и главный автор статьи, сказал, что исследователи делали снимки квазара каждый день в течение нескольких лет, чтобы точно измерить временную задержку между изображениями. Затем, чтобы получить наилучшую возможную оценку постоянной Хаббла, они объединили данные, собранные на этом квазаре, с данными, которые ранее были собраны их коллаборацией H0liCOW на трех четырехкратных изображениях квазаров.
«Прелесть этого измерения в том, что оно дополняет другие и не зависит от них», - сказал Треу.
Команда под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе пришла к оценке постоянной Хаббла примерно в 72,5 километра в секунду на мегапарсек, что соответствует тому, что другие ученые определили в исследованиях, в которых использовались расстояния до сверхновых - взрывающихся звезд в удаленных галактики - как ключевое измерение. Тем не менее, обе оценки примерно на 8 процентов выше, чем та, которая основана на слабом свечении со всего неба, называемом космическим микроволновым фоном, реликтом 380 000 лет после Большого взрыва, когда свет впервые свободно путешествовал в космосе..
"Если между этими значениями есть реальная разница, это означает, что вселенная немного сложнее", - сказал Треу.
С другой стороны, сказал Треу, может случиться так, что одно или все три измерения будут ошибочными.
В настоящее время исследователи ищут больше квазаров, чтобы повысить точность измерения постоянной Хаббла. Треу сказал, что один из самых важных уроков новой статьи заключается в том, что квазары с двойным изображением дают ученым гораздо больше полезных источников света для расчетов постоянной Хаббла. Однако на данный момент группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сосредоточила свои исследования на 40 квазарах с четырехкратным отображением, поскольку они могут предоставить даже больше полезной информации, чем квазары с двойным изображением.
Шестнадцать других исследователей из 13 учреждений в семи странах внесли свой вклад в статью; исследование было частично поддержано грантами НАСА, Национального научного фонда и Фонда Паккарда.