Новости

Aug 04, 2023

JWST — идеальная машина для устранения напряжения Хаббла

Вы только что нашли идеальный рабочий стол на гаражной распродаже и измеряете его, чтобы посмотреть, поместится ли он в вашей квартире. Вы принесли рулетку, чтобы измерить ее, и обнаружили, что она равна 180 см. Идеальный. Но твой

Вы только что нашли идеальный рабочий стол на гаражной распродаже и измеряете его, чтобы посмотреть, поместится ли он в вашей квартире. Вы принесли рулетку, чтобы измерить ее, и обнаружили, что она равна 180 см. Идеальный. Но ваш друг также принес рулетку, и они обнаружили, что она составляет 182 см, что было бы немного длиннее. Вы не знаете, какая рулетка подойдет, поэтому у вас возникает загадка. У астрономов также есть загадка, известная как напряжение Хаббла.

У астрономов есть несколько способов измерить размер Вселенной. Они могут наблюдать за флуктуациями космического фона, длинами волн микроволнового лазерного света, исходящего из черных дыр, яркостью далеких сверхновых и так далее. Каждый из них представляет собой независимый способ измерения расстояния. Независимый правитель, если хотите. Оказывается, не все они согласны, и из-за этого они дают разные меры скорости космического расширения, известные как параметр Хаббла. Значения, которые они получают для параметра Хаббла, находятся в одной и той же общей шкале, но не совсем одинаковы, отсюда и термин «напряжение Хаббла».

Результаты имеют тенденцию группироваться в два значения. Наблюдения космического фона и некоторых других дают значение около 67–68 (км/с)/Мпк. Наблюдения далеких сверхновых дают значение около 71 – 75 (км/с)/Мпк. Не существует четкого способа разрешить это напряжение. С одной стороны, первая группа наблюдений обычно опирается на меньшее количество модельных предположений и является более прямым измерением космического масштаба. С другой стороны, вторая мера основана на многоступенчатом процессе, известном как лестница космических расстояний. Это более сложный метод, но он основан на долгой истории превосходных астрономических измерений. Эта новая работа сосредоточена на втором подходе, в частности на том, являются ли наши измерения лестницы космических расстояний предвзятыми.

Удалите всю рекламу во Вселенной сегодня

Присоединяйтесь к нашему Patreon всего за 3 доллара!

Получите опыт без рекламы на всю жизнь

В широком смысле, лестница космических расстояний использует три ступени измерения. Первая ступень — параллакс, когда мы используем простую геометрию для измерения расстояний до звезд, что является чрезвычайно точным. Вторая ступень рассматривает тип переменных звезд, известных как переменные цефеид. Скорость их колебаний коррелирует с их общей яркостью. Третья ступенька измеряет видимую яркость сверхновых типа Ia, которые всегда взрываются с постоянной яркостью. Поэтому мы используем параллакс для измерения расстояний цефеид, используем его для масштабирования частоты их импульсов по общей яркости, затем используем импульсы цефеид для измерения расстояний до сверхновых, из чего мы получаем фактическую яркость сверхновых типа Ia. Затем, когда мы увидим сверхновую в далекой галактике, мы сможем использовать ее видимую яркость для расчета галактического расстояния.

Одно из предложенных решений проблемы Хаббла предполагает, что, возможно, наша шкала переменных цефеид неверна. Хотя мы можем измерить расстояние параллакса для многих цефеид, измерение яркости может оказаться сложной задачей. Когда переменная цефеида находится рядом с несколькими другими звездами, может быть трудно отличить ее яркость от фоновой яркости соседних звезд. Это эффект, известный как скученность, и он может искажать наши данные.

Чтобы определить, является ли это смещение значительным, команда сравнила наблюдения цефеид, сделанные космическим телескопом Хаббл, с наблюдениями космического телескопа Джеймса Уэбба. Наблюдения Хаббла долгое время были основой ступени цефеид космической лестницы расстояний, но поскольку JWST наблюдает цефеиды в инфракрасных волнах, кластеризация не является проблемой. Команда использовала 560 измерений цефеид от Хаббла и 325 измерений цефеид от JWST.

Они обнаружили, что наблюдения JWST увеличили точность шкалы цефеид, но общий масштаб не изменился. Другими словами, проблема кластеризации, наблюдаемая в данных Хаббла, не оказывает существенного влияния на лестницу космических расстояний. Так что это не снимает противоречий с Хабблом. Новые результаты на самом деле лишь немного усугубляют напряженность, поскольку шкала цефеид теперь стала более точной.