Yeni bir çalışma, mesafe ölçümleri için Cepheid yıldızlarının en doğru kalibrasyonunu sağlayarak, kozmik genişleme hızı ölçümlerindeki bir tutarsızlık olan Hubble gerilimini artırıyor. Bu tutarsızlık, fizikteki temel kavramları sorgulatıyor ve karanlık enerjiyi, zaman-uzay sürekliliğini ve yerçekimini anlamak için çıkarımları var.
Evrenin ne kadar hızlı genişlediğini ölçmek söz konusu olduğunda, sonuç, Evrenin hangi tarafından başladığınıza bağlıdır. Bir EPFL çalışması, en iyi kozmik ölçütleri benzeri görülmemiş bir doğrulukla ayarlayarak Hubble gerilimine yeni bir ışık tuttu.
Hubble gerilimi, erken Evren ile geç Evren arasındaki kozmik genişleme oranında (H0) bir tutarsızlık ölçüm yöntemleri, astrofizikçileri ve kozmologları şaşırttı. EPFL’nin Fizik Enstitüsündeki Stellar Standart Mumlar ve Mesafeler araştırma grubu tarafından yapılan bir araştırma, Hubble gerilimini yükselterek, mesafe ölçümleri için Cepheid yıldızlarının en doğru kalibrasyonunu sağladı. Tutarsızlık, fiziğin temel kavramlarını sorgulamaktadır ve karanlık enerjinin doğası, zaman-uzay sürekliliği ve yerçekimi ile ilgili çıkarımlara sahiptir.
Evren genişliyor – ama tam olarak ne kadar hızlı? Cevap, Hubble sabiti veya H0 olarak anılan kozmik genişleme oranını Büyük Patlama’nın yankısına (kozmik mikrodalga arka plan veya CMB) dayalı olarak mı tahmin ettiğinize veya H0’ı doğrudan bugünün yıldızlarına dayalı olarak mı ölçtüğünüze bağlıdır. ve galaksiler. Hubble gerilimi olarak bilinen bu sorun, dünyanın dört bir yanındaki astrofizikçilerin ve kozmologların kafasını karıştırdı.
EPFL’nin Fizik Enstitüsü’nden Richard Anderson liderliğindeki Stellar Standart Mumlar ve Mesafeler araştırma grubu tarafından yürütülen bir araştırma, bulmacanın yeni parçası. Astronomy & Astrophysics dergisinde bugün (4 Nisan) yayınlanan araştırmaları, Avrupa tarafından toplanan verilere dayanarak bugüne kadarki mesafe ölçümleri için, parlaklığı belirli bir süre boyunca dalgalanan bir değişken yıldız türü olan Cepheid yıldızlarının en doğru kalibrasyonunu sağladı. Uzay Ajansı’nın (ESA’nın) Gaia görevi. Bu yeni kalibrasyon, Hubble gerilimini daha da artırıyor.
Bu Hubble görüntüsü, Cepheid değişkeni olarak bilinen bir değişken yıldız türü olan RS Puppis’i göstermektedir. Değişen yıldızlar söz konusu olduğunda, Sefeidlerin nispeten uzun dönemleri vardır – örneğin, RS Puppis’in parlaklığı yaklaşık her 40 günde bir neredeyse beş kat değişir. RS Puppis sıra dışı; Bu değişen yıldız, ışık yankısı olarak bilinen bir olgunun çarpıcı bir netlikle gösterilmesini sağlayan kalın, kara toz bulutlarıyla örtülmüştür. Kredi: NASA, ESA ve Hubble Miras Ekibi (STScI/AURA)-Hubble/Avrupa İşbirliği. Teşekkür: H. Bond (STScI ve Penn State Üniversitesi); ESA/Hubble ve ESO
Hubble sabiti (H0), adını Georges Lemaître ile birlikte 1920’lerin sonunda keşfeden astrofizikçiden almıştır. Saniyede kilometre/megaparsek (km/s/Mpc) olarak ölçülür ve burada 1 Mpc yaklaşık 3,26 milyon ışıkyılıdır.
H0’ın en iyi doğrudan ölçümü, ilk basamağı “kozmik mesafe merdiveni”ni kullanır. şimdi EPFL çalışması tarafından yeniden kalibre edilen Sefeidlerin parlaklığının mutlak kalibrasyonu ile ayarlanmıştır. Buna karşılık, Sefeidler merdivenin bir sonraki basamağını ayarlıyor, burada süpernovalar – yıldızların yaşamlarının sonundaki güçlü patlamaları – uzayın kendisinin genişlemesini izliyor. 2011 Nobel Fizik Ödülü sahibi Adam Riess liderliğindeki karanlık enerjinin Durumunun Denklemi (SH0ES) ekibi için Süpernova, H0 ile ölçülen bu mesafe merdiveni, H0’ı 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc olarak verir.{ 4}
Big Bang’den sonraki ilk radyasyon
H0, 13 milyar yıldan uzun bir süre önce Big Bang’den kalan her yerde bulunan mikrodalga radyasyonu olan CMB’nin yorumlanmasıyla da belirlenebilir. Bununla birlikte, bu “erken Evren” ölçüm yöntemi, Evreni modele bağlı hale getirerek nasıl geliştiğine dair en ayrıntılı fiziksel anlayışı varsaymalıdır. ESA’nın Planck uydusu, SPK hakkında en eksiksiz verileri sağlamıştır ve bu yönteme göre H0, 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc’dir.
Hubble gerilimi, bu 5,6 km/s/ tutarsızlığa atıfta bulunur. Mpc, CMB (erken Evren) yönteminin mi yoksa mesafe merdiveni (geç Evren) yönteminin mi kullanıldığına bağlı olarak.Doğal olarak, bu önemli sorun, astrofizikçilerin yöntemlerinin güvenilir olmasının ne kadar önemli olduğunun altını çiziyor.
Kozmik mesafe merdiveni. Kredi: NASA, ESA, A. Feild (STScI) ve A. Riess (STScI/JHU)
Yeni EPFL çalışması çok önemli çünkü mesafe merdiveninin ilk basamağını iyileştirerek güçlendiriyor Sefeidlerin mesafe izleyiciler olarak kalibrasyonu. Gerçekten de, yeni kalibrasyon astronomik mesafeleri ± %0,9 dahilinde ölçmemize izin veriyor ve bu, geç Evren ölçümüne güçlü bir destek sağlıyor. Ayrıca, SH0ES ekibiyle işbirliği içinde EPFL’de elde edilen sonuçlar, H0 ölçümünün hassaslaştırılmasına yardımcı olarak, hassasiyetin iyileştirilmesine ve Hubble geriliminin öneminin artmasına neden oldu.
“Çalışmamız, 73 km/sn’yi doğruluyor. /Mpc genişleme oranı, ancak daha da önemlisi, bugüne kadarki mesafeleri ölçmek için araçlar olarak Sefeidlerin en hassas, güvenilir kalibrasyonlarını da sağlıyor” diyor Anderson. “Yüzlerce yıldızdan oluşan yıldız kümelerine ait Sefeidleri arayan, yıldızların Samanyolu boyunca birlikte hareket edip etmediğini test eden bir yöntem geliştirdik. Bu numara sayesinde, Gaia’nın paralaks ölçümlerinin en iyi bilgisinden yararlanırken, birçok küme üyesi yıldızın sağladığı kesinlik kazancından yararlanabildik. Bu, Gaia paralakslarının doğruluğunu sınırlarına kadar zorlamamıza olanak sağladı ve mesafe merdiveninin dayanabileceği en sağlam temeli sağladı.”
Temel kavramları yeniden düşünmek
Neden sadece bir fark Evrenin geniş ölçeği göz önüne alındığında, birkaç km/s/Mpc maddesi? Anderson, “Bu tutarsızlığın büyük bir önemi var” diyor. “Diyelim ki bir dağın karşılıklı iki yakasını kazarak bir tünel inşa etmek istiyorsunuz. Kayanın cinsini doğru anladıysanız ve hesaplarınız doğruysa kazdığınız iki delik merkezde buluşacaktır. Ama yapmazlarsa, bu bir hata yaptığınız anlamına gelir – ya hesaplamalarınız yanlıştır ya da kaya türü konusunda yanılıyorsunuzdur. Hubble sabitinde olan da budur. Hesaplarımızın doğru olduğuna dair ne kadar çok onay alırsak, tutarsızlığın Evren hakkındaki anlayışımızın yanlış olduğu ve Evrenin tam olarak düşündüğümüz gibi olmadığı anlamına geldiği sonucuna o kadar fazla varabiliriz.”
Tutarsızlığın birçok nedeni vardır. diğer çıkarımlar. Karanlık enerjinin tam doğası, zaman-uzay sürekliliği ve yerçekimi gibi temelleri sorgulamaya çağırıyor. Anderson, “Bu, genel fizik anlayışımızın temelini oluşturan temel kavramları yeniden düşünmemiz gerektiği anlamına geliyor” diyor.
Onun araştırma grubunun çalışması, diğer alanlarda da önemli katkılar sağlıyor. Anderson’ın araştırma grubunda doktora öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı Mauricio Cruz Reyes, “Ölçümlerimiz çok hassas olduğu için bize Samanyolu’nun geometrisi hakkında fikir veriyorlar” diyor. “Geliştirdiğimiz son derece hassas kalibrasyon, örneğin Samanyolu’nun düz disk gökada olarak boyutunu ve şeklini ve diğer gökadalardan uzaklığını daha iyi belirlememizi sağlayacak. Çalışmamız ayrıca Gaia verilerinin güvenilirliğini diğer teleskoplardan alınan verilerle karşılaştırarak doğruladı.”
Referans: “Açık kümeler ve Sefeidlerin Gaia DR3 verilerine dayalı olarak Galaktik Sefeid parlaklık ölçeğinin %0,9’luk bir kalibrasyonu ” yazan Mauricio Cruz Reyes ve Richard I. Anderson, 4 Nisan 2023, Astronomy and Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202244775
Bu proje, Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı kapsamında Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) (947660 numaralı hibe sözleşmesi).
RIA, PCEFP2_194638 hibe numaralı bir Eccellenza Profesörlük Bursu aracılığıyla SNSF tarafından finanse edilmektedir.
.