Tämä kaavio havainnollistaa kefeidijakson luminositeettisuhdetta, jota tutkijat käyttävät laskeakseen maailmankaikkeuden koon, iän ja laajenemisnopeuden. Kiitos: NASA/JPL-Caltech/Carnegie
Kuinka nopeasti universumimme laajenee? Vuosikymmenten aikana on käyty erilaisia arvioita ja käyty kiivasta keskustelua näistä likiarvoista, mutta nyt Spitzer-avaruusteleskoopin tiedot ovat tuottaneet tähän mennessä tarkimman mittauksen Hubble-vakiosta tai nopeudesta, jolla universumimme venyy erilleen. Lopputulos? Universumi kasvaa hieman nopeammin kuin aiemmin uskottiin.
Hubble-vakion äskettäin tarkennettu arvo on 74,3 plus tai miinus 2,1 kilometriä sekunnissa per megaparsekki.
Edellinen arvio tuli Hubble-avaruusteleskoopin tutkimuksesta, 74,2 plus tai miinus 3,6 kilometriä sekunnissa megaparsekkia kohden. Megaparsek on noin 3 miljoonaa valovuotta.
Tehdessään uusia mittauksia Spitzer-tutkijat tarkastelivat sykkiviä tähtiä, joita kutsutaan kefied-muuttuvaiksi tähdiksi, hyödyntäen kykyä tarkkailla niitä pitkän aallonpituuden infrapunavalossa. Lisäksi löydökset yhdistettiin aiemmin julkaistuihin tietoihin NASAn Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) pimeästä energiasta. Uusi määritys laskee epävarmuuden kolmeen prosenttiin, mikä on valtava harppaus kosmologisten mittausten tarkkuudessa, tutkijat sanovat.
WMAP sai riippumattoman mittauksen pimeästä energiasta, jonka uskotaan voittavan taistelun painovoimaa vastaan, repimällä maailmankaikkeuden kudoksen osiin. Tähän kiihtyvyyteen perustuva tutkimus sai tutkijoille vuoden 2011 fysiikan Nobelin.
Hubble-vakio on nimetty tähtitieteilijä Edwin P. Hubblen mukaan, joka hämmästytti maailmaa 1920-luvulla vahvistamalla, että universumimme on laajentunut sen jälkeen, kun se räjähtää 13,7 miljardia vuotta sitten. 1990-luvun lopulla tähtitieteilijät havaitsivat, että laajeneminen kiihtyy tai kiihtyy ajan myötä. Laajenemisnopeuden määrittäminen on ratkaisevan tärkeää maailmankaikkeuden iän ja koon ymmärtämiseksi.
'Tämä on valtava arvoitus', sanoi uuden tutkimuksen johtava kirjoittaja Wendy Freedman Pasadenan Carnegien tiedeinstituutin observatorioista. 'On jännittävää, että pystyimme käyttämään Spitzeriä ratkaisemaan kosmologian perusongelmia: tarkan nopeuden, jolla maailmankaikkeus laajenee tällä hetkellä, sekä mittaamaan universumin pimeän energian määrää toisesta näkökulmasta.' Freedman johti uraauurtavaa Hubble-avaruusteleskooppitutkimusta, jossa oli aiemmin mitattu Hubble-vakio.
Glenn Wahlgren, Spitzer-ohjelman tutkija NASA:n päämajasta Washingtonissa, sanoi, että paremmat näkymät kefeideistä mahdollistivat Spitzerin parantamisen Hubble-vakion aikaisemmissa mittauksissa.
'Nämä sykkivät tähdet ovat tärkeitä askelmia siinä, mitä tähtitieteilijät kutsuvat kosmisen etäisyyden tikkaiksi: joukko esineitä, joiden etäisyydet tunnetaan ja jotka yhdistettynä nopeuksiin, joilla objektit liikkuvat pois meistä, paljastavat maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden', sanoi sanoi. Wahlgren.
Kefeidit ovat ratkaisevan tärkeitä laskelmissa, koska niiden etäisyydet Maasta voidaan mitata helposti. Vuonna 1908 Henrietta Leavitt havaitsi näiden tähtien pulssin nopeudella, joka liittyy suoraan niiden luontaiseen kirkkauteen.
Voit visualisoida, miksi tämä on tärkeää, kuvittele jonkun kävelevän pois luotasi kantaen kynttilää. Mitä kauemmaksi kynttilä kulki, sitä enemmän se himmeni. Sen näennäinen kirkkaus paljastaisi etäisyyden. Sama periaate koskee kefeidejä, tavallisia kynttilöitä kosmoksessamme. Mittaamalla, kuinka kirkkaina ne näyttävät taivaalla, ja vertaamalla tätä niiden tunnettuun kirkkauteen ikään kuin ne olisivat lähellä, tähtitieteilijät voivat laskea niiden etäisyyden Maasta.
Spitzer havaitsi 10 kefeidiä omassa Linnunradassamme ja 80 läheisessä naapurigalaksissa, nimeltään Suuri Magellanin pilvi. Ilman, että kosminen pöly peittäisi heidän näkyvyyttään, Spitzer-tutkimusryhmä pystyi saamaan tarkempia mittauksia tähtien näennäiskirkkaudesta ja siten niiden etäisyyksistä. Nämä tiedot avasivat tien uudelle ja paremmalle arviolle universumimme laajenemisnopeudesta.
'Hieman yli kymmenen vuotta sitten sanojen 'tarkkuus' ja 'kosmologia' käyttäminen samassa lauseessa ei ollut mahdollista, eikä maailmankaikkeuden koon ja iän tiedetty olevan parempi kuin kaksinkertainen', Freedman sanoi. 'Nyt puhumme muutaman prosentin tarkkuudesta. Se on aivan poikkeuksellista.”
'Spitzer tekee taas tiedettä enemmän kuin se oli suunniteltu', sanoi projektitutkija Michael Werner NASAn Jet Propulsion Laboratorysta. Werner on työskennellyt tehtävän parissa sen varhaisesta konseptivaiheesta lähtien yli 30 vuotta sitten. 'Ensinnäkin Spitzer yllätti meidät uraauurtavalla kyvyllään tutkia eksoplaneettojen ilmakehää', Werner sanoi, 'ja nyt, operaation myöhempinä vuosina, siitä on tullut arvokas kosmologinen työkalu.'
Tutkimus ilmestyy Astrophysical Journalissa.
Paperi arXivista: Hubble-vakion keski-infrapunakalibrointi
Lähde: JPL