Астрономи використовують квазари для отримання нової оцінки постійної Хаббла

Питання про те, як швидко розширюється Всесвіт, турбує астрономів вже майже століття. Різні дослідження продовжують давати різні відповіді, і деякі вчені задаються питанням, чи не упустили вони з уваги ключовий механізм у механізмі, що управляє космосом.

Тепер, пропонуючи новий спосіб вимірювання швидкості розширення космосу, вчені на чолі з астрономами з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі зробили крок до вирішення спору. Дослідження групи опубліковано в «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society».

В основі суперечки лежить постійна Хаббла, число, яке співвідносить відстані з червоними зміщеннями галактик. Оцінки константи Хаббла варіюються від 67 до 73 кілометрів на секунду на мегапарсек, що означає, що дві точки в просторі на відстані 1 мегапарсек (що еквівалентно 3,26 мільйона світлових років) розходяться один від одного зі швидкістю від 67 до 73 кілометрів на секунду.

«Константа Хаббла визначає фізичні масштаби всесвіту», - сказав Саймон Біррер, провідний автор дослідження. Без точного значення постійної Хаббла астрономи не можуть точно визначити розміри віддалених галактик, вік Всесвіту або історію розширення космосу.

Більшість методів отримання постійної Хаббла мають два компоненти: відстань до певного джерела світла і червоне зміщення цього джерела світла. У пошуках джерела світла, яке не використовувалося в розрахунках інших вчених, Біррер і його колеги звернулися до квазарів, гігантських джерел випромінювання. Квазари - це активні ядра галактик на початковому етапі розвитку, в яких надмасивна чорна діра поглинає навколишню речовину. І для своїх досліджень вчені вибрали одну конкретну підмножину квазарів - тих, чиє світло було вигнуте гравітацією галактики, яка створює два паралельних зображення квазара на небі.

Світло від двох зображень проходить різними маршрутами до Землі. Коли яскравість квазара змінюється, два зображення мерехтять одне за одним, а не одночасно. Затримка в часі між цими двома мерехтливостями, поряд з інформацією про гравітаційне поле заважаючої галактики, може бути використана для відстеження шляху світла і визначення відстаней від Землі до квазара і галактики переднього плану. Знання червоних зміщень квазара і галактики дозволило вченим оцінити, наскільки швидко розширюється Всесвіт.

Дослідники з UCLA, в рамках міжнародного співробітництва H0liCOW, раніше застосовувала цю техніку для вивчення квазарів з чотирма зображеннями, в яких чотири зображення квазара з'являються навколо галактики на передньому плані. Але четверні зображення зустрічаються не так часто - квазари з двома зображеннями, як вважають, зустрічаються в п'ять разів частіше.

Щоб продемонструвати цю техніку, астрономи вивчили квазар з подвійним зображенням, відомий як SDSS J1206 + 4332; вони спиралися на дані космічного телескопа Хаббла, обсерваторії Gemini, телескопа Keck і мережу космологічного моніторингу гравітаційних лінз, або COSMOGRAIL, - програма, керована Швейцарською політехнічною федерацією Лозанни, яка націлена на визначення постійної Хаббла.

Томмазо Треу, професор фізики і астрономії з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі і старший автор статті, сказав, що дослідники щодня знімали зображення квазара протягом декількох років, щоб точно виміряти тимчасову затримку між зображеннями. Потім, щоб отримати максимально можливу оцінку постійної Хаббла, вони об'єднали дані, зібрані на цьому квазарі, з даними, які раніше були зібрані їх колаборацією H0liCOW за трьома квазарами з чотирма зображеннями.

Вчені запропонували оцінку постійної Хаббла близько 72,5 кілометрів на секунду на мегапарсек - цифра відповідає з тим, що інші вчені визначили в дослідженнях, які використовували відстані до наднових зірок - зірки, що вибухають, у віддалених галактиках - як ключ для вимірювання. Проте, обидві оцінки приблизно на 8 відсотків вищі, ніж ті, які засновані на слабкому світінні з усього неба, яке називається космічним мікрохвильовим фоном (реліктове випромінювання), яке почалося через 380 000 років після Великого вибуху, коли світло вперше вільно почало поширювалося в просторі.

«Якщо існує реальна різниця між цими значеннями, це означає, що всесвіт трохи складніший», - сказав Томмазо Треу. «З іншого боку, можливо, що один вимір - або всі три - невірні».

Дослідники зараз шукають більше квазарів, щоб поліпшити точність вимірювання їх постійної Хаббла. За словами Треу, один з найбільш важливих уроків нової статті полягає в тому, що квазари з подвійним зображенням дають вченим набагато більше корисних джерел світла для розрахунків постійних Хаббла. На даний момент, однак, команда, очолювана UCLA, фокусує своє дослідження на 40 квазарах з чотириразовим відображенням, оскільки вони здатні надати навіть більш корисну інформацію, ніж квазари з подвійним зображенням.