Noile date JWST confirmă că tensiunea Hubble se exacerbează
Unul dintre cele mai mari mistere cosmice de astăzi se referă la expansiunea universului.
În timpul primului miliard de ani din istoria universului nostru, rata de expansiune a universului încetinește, iar galaxiile îndepărtate încetinesc în stagnare din era noastră, pe măsură ce densitatea materiei și a radiațiilor scade. Cu toate acestea, în ultimii 6 miliarde de ani, galaxiile îndepărtate și-au accelerat stagnarea, iar rata de expansiune, deși continuă să scadă, nu se îndreaptă spre zero. Două moduri diferite de măsurare a ratei de expansiune dau valori contradictorii; Rata reală de expansiune rămâne controversată.
Două metode principale oferă fiecare răspunsuri de eroare scăzute, dar nu sunt compatibile.
Ducându-ne dincolo de limitele oricărui observator anterior, inclusiv toate telescoapele terestre de pe Pământ, precum și Hubble, JWST de la NASA ne-a arătat cele mai îndepărtate galaxii descoperite vreodată în univers. Dacă cartografiem în mod adecvat pozițiile 3D ale galaxiilor observate și măsurate, putem crea un zbor vizual peste univers, așa cum ne permit datele CEERS de la JWST să facem aici. Măsurarea ratei de expansiune este o provocare, deoarece metode diferite produc rezultate diferite și incompatibile reciproc.
Urmărind evoluția unui semnal de relicvă timpurie, măsurăm o expansiune de 67 km/s/mq.
Putem privi la întâmplare înapoi în univers dacă telescoapele noastre ne permit, iar clusterul de galaxii trebuie să dezvăluie o scară de distanță specifică – scara acustică – care trebuie să evolueze în timp într-un anumit fel, la fel ca „vârfurile și văile” acustice din Fondul cosmic cu microunde dezvăluie acest lucru. Evoluția acestei scale, de-a lungul timpului, este o rămășiță timpurie care relevă o rată scăzută de expansiune de aproximativ 67 km/sec/milion de blocuri.
Începând aproape și observând că slăbiciunea crește odată cu distanța, măsuram 73 km/s/m pe metru pătrat.
Construirea scării de distanță cosmică implică trecerea de la sistemul nostru solar la stele, la galaxii din apropiere, la galaxii îndepărtate. Fiecare „treaptă” poartă propriile sale incertitudini, în special treptele la care se conectează diferitele „trepte” ale scării. Cu toate acestea, îmbunătățirile recente în scara distanței au arătat cât de puternice pot fi rezultatele sale.
Această discrepanță – „tensiunea Hubble” – este un mister cosmic recent.
Tensiuni recente de măsurare de la scara de distanță (roșu) cu date de semnal timpurie de la CMB și BAO (albastru) afișate pentru contrast. Este plauzibil că metoda semnului timpuriu este corectă și există un defect fundamental în scara distanței; Este plauzibil că există o eroare la scară mică care influențează metoda semnului timpuriu și scara distanței este corectă sau că ambele grupuri sunt corecte și o formă de fizică nouă (arată mai sus) este de vină. Ideea că a existat o formă timpurie de energie întunecată este interesantă, dar asta înseamnă că a existat mai multă energie întunecată în vremurile timpurii și s-a stins (în mare parte) de atunci.
Mulți s-ar aștepta ca o eroare de notă de pe partea „scării distanței” să fie vinovată.
În 2001, existau multe surse diferite de eroare care puteau influența cele mai bune măsurători pe scară de distanță ale constantei Hubble, expansiunea universului, la valori semnificativ mai mari sau mai mici. Datorită muncii sârguincioase și atente a multora, acest lucru nu mai este posibil, deoarece erorile au fost mult reduse. Noua lucrare JWST, care nu este afișată aici, a redus erorile legate de Cefeid și erorile de luminozitate a perioadei mai mult decât se arată aici.
Începem prin a observa stelele variabile Cefeide din Calea Lactee.
Steaua variabilă RS Puppis, cu ecourile sale luminoase strălucind prin norii interstelari. Stelele variabile vin în multe soiuri. Una dintre ele, variabilele cefeide, poate fi măsurată atât în galaxia noastră, cât și în galaxii de până la 50-60 de milioane de ani lumină distanță. Acest lucru ne permite să extrapolăm distanțele de la galaxia noastră la galaxii îndepărtate din univers. Stelele ramificate RR Lyrae și AGB pot fi folosite într-un mod similar.
Deducem distanțele lor exacte prin paralaxă.
Stelele cele mai apropiate de Pământ vor părea să se miște ciclic în raport cu stelele mai îndepărtate, pe măsură ce Pământul se deplasează prin spațiu pe orbită în jurul Soarelui. Înainte de a crea modelul heliocentric, nu căutam „schimbări” cu o linie de bază de ~300.000.000 km pe o perioadă de aproximativ 6 luni, ci mai degrabă o linie de bază de ~12.000 km într-o noapte: diametrul Pământului în timp ce se rotește pe axa sa. Distanțele până la stele au fost atât de mari încât prima vedere, cu o linie de bază de 300 de milioane de km, nu a fost descoperită decât în anii 1830. Astăzi, am măsurat paralaxa a peste un miliard de stele cu misiunea Gaia a Agenției Spațiale Europene.
Apoi măsurăm cefeidele în galaxii din apropiere bine măsurate.
Cele două panouri de sus arată două galaxii din apropiere, bogate în arțar: NGC 4258 (stânga) și NGC 5584 (dreapta), cu câmpul vizual al JWST adăugat peste ele. Panourile inferioare arată redări JWST, cu variante cefeide selectate individual evidențiate în fiecare imagine.
În cele din urmă, măsurăm supernovele de tip Ia atât în interiorul, cât și în afara acelor galaxii și relaționăm aceste „grade” cosmice împreună.
În 2019, au existat doar 19 galaxii publicate care aveau distanțe măsurate de stele variabile Cepheid în care s-au observat și supernove de tip Ia. Acum avem măsurători de distanță de la stele individuale din galaxii care au găzduit și cel puțin o supernova de tip Ia în 42 de galaxii, dintre care 35 au imagini excelente de la Hubble. Aceste 35 de galaxii sunt prezentate aici.
Eroarea din Cefeide ar putea influența rata de expansiune măsurată?
Folosirea scării de distanță cosmică înseamnă împreunarea diferitelor scări cosmice, deoarece cineva își face mereu griji cu privire la incertitudinea în care se conectează diferitele „curături” ale scării. După cum se arată aici, acum suntem în jos cu cel puțin trei „trece” pe acea scară și întregul set de măsurători sunt uimitor de bine unul cu celălalt.
de Cefeide măsurate în galaxiile din apropiereJWST investighează această posibilitate.
Această galaxie spirală din apropiere, NGC 4258 (cunoscută și sub numele de Messier 106), se află la aproximativ 20 de milioane de ani lumină distanță, dar conține multe Cefeide cunoscute care sunt similare cu Cefeidele găsite în Calea Lactee. Aceasta este o galaxie importantă pentru calibrarea scalei distanțelor cosmice.
ceas galaxie NGC 4258JWST nu a găsit nicio părtinire optică pentru Algivides.
Această imagine arată multe stele variabile cefeide din perioade diferite în galaxia apropiată NGC 4258: o galaxie importantă pentru calibrarea și distanța cefeidelor. Cele șase rânduri de jos arată aceleași stele măsurate atât de Hubble (etichete gri) cât și de JWST (etichete violet) la lungimi de undă diferite. Rezoluția superioară a imaginilor JWST reduce erorile Hubble anterioare cu cantități mari și mari, validând și rămânând în concordanță cu rezultatele anterioare.
În schimb, a confirmat și a consolidat descoperirile anterioare ale telescopului spațial Hubble.
Această imagine compozită arată galaxia spirală barată NGC 5584 cu supernova strălucitoare SN 2007af în interiorul ei. Galaxiile din apropiere cu stele variabile cefeide identificabile care au găzduit cel puțin o supernova de tip Ia în interiorul lor sunt incredibil de importante pentru metoda scării de distanță cosmologică pentru măsurarea universului în expansiune.
Cefeide în NGC 5584pe care o avea și ea A (epoca 2007) o supernova de tip Iadezvăluind, de asemenea, nicio părtinire.
Acest grafic arată relația dintre cantitatea de luminozitate a stelelor variabile Cefeide (axa y) față de perioada lor de schimbare (axa x) în galaxiile NGC 5584 (sus) și NGC 4258 (jos). Noile date JWST sunt afișate cu roșu, în timp ce vechile date Hubble sunt afișate cu gri. Erorile și incertitudinile acestei relații în ambele galaxii au fost mult reduse, în principal datorită rezoluției superioare a JWST față de cea a lui Hubble.
cel Perioada de relație de luciuprincipalul instrument de calibrare pentru Chronology, este acum mai precis ca niciodată.
Permițând o mai bună înțelegere a variabilelor Cefeide din galaxiile din apropiere NGC 4258 și NGC 5584, JWST a redus și mai mult incertitudinea distanțelor lor. Cele mai mici puncte de pe grafic arată o estimare a distanței până la NGC 5584 din ratele de expansiune deduse din scara distanței (partea stângă) și ceea ce se așteaptă de la metoda rămășiței timpurii (partea dreaptă). Nepotrivirea este mare și convingătoare.
Datorită preciziei sale superioare, JWST a redus orice incertitudine până la cele mai mici valori absolute.
Lumânările standard (stânga) și riglele standard (dreapta) sunt două metode diferite pe care astronomii le folosesc pentru a măsura expansiunea spațiului în momente/distanțe diferite în trecut. Pe baza modului în care cantități precum luminozitatea sau dimensiunea unghiulară se modifică odată cu distanța, putem deduce istoria expansiunii universului. Utilizarea metodei lumânării face parte din scara distanței, producând 73 km/sec/milion de blocuri. Utilizarea unei rigle face parte din metoda de indicare timpurie, producând 67 km/s/Mpc. Odată cu noile date JWST, misterul despre rata de expansiune a universului s-a adâncit și mai mult.
Mostly Mute Monday spune o poveste astronomică cu imagini și imagini și nu mai mult de 200 de cuvinte.
„Creator. Amator de cafea. Iubitor de internet. Organizator. Geek de cultură pop. Fan de televiziune. Mândru foodaholic.”