Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba potwierdza tempo ekspansji Wszechświata i jedną z największych tajemnic fizyki

TKosmiczny Teleskop Jamesa Webba potwierdził ustalenia z mniejszych teleskopów dotyczące szybkości rozszerzania się Wszechświata. Zamiast rozstrzygnąć debatę na temat fizyki, pogarsza to sytuację, ponieważ poprzednie pomiary zaprzeczają temu, na czym astronomowie uważają, że powinno się wydarzyć Echa Wielkiego Wybuchu. To (prawdopodobnie) nie oznacza, że ​​musimy wyrzucić większość tego, co myślimy, że wiemy o kosmologii, jak twierdzą niektórzy. Twierdzą popularne artykułyale pozostawia duży problem do rozwiązania.

Astronomowie wymyślili wiele sposobów określenia szybkości rozszerzania się Wszechświata, a jest to pomiar, który ma ważne implikacje dla wieku i przyszłości Wszechświata. Początkowo prognozy te obarczone były powszechną niepewnością i chociaż prognozy bazowe były różne, słupki błędów nakładały się, więc nie było się czym martwić.

Jednak w miarę udoskonalania naszych narzędzi i zwiększania liczby badanych źródeł rozbieżności nie zniknęły. Jest to obecnie znane jako „napięcie Hubble’a” i jest to odniesienie do stałej Hubble’a, liczby określającej związek między odległością odległego obiektu a jego prędkością.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest w stanie dokonać jednego z kluczowych pomiarów, odległości do odległych galaktyk, z większą dokładnością niż jakikolwiek inny instrument. Być może, zdaniem niektórych astronomów, dałoby to odpowiedź bliższą tej uzyskanej innymi metodami, rozwiązując napięcie Hubble’a. Zamiast tego potwierdził wyniki z innych teleskopów.

„Czy kiedykolwiek miałeś problemy z dostrzeżeniem znaku znajdującego się na krawędzi twojego pola widzenia? Co on oznacza? Co to znaczy? Nawet w przypadku najpotężniejszych teleskopów „znaki”, które astronomowie chcą odczytać, wydają się tak małe, że mamy trudności też” – powiedział profesor Adam Rees z Johns Hopkins University oświadczenie. Rees podzielił się Nagrodą Nobla z fizyki w 2011 r. za udowodnienie, że ekspansja Wszechświata przyspiesza.

„Znakiem, który kosmolodzy chcą odczytać, jest znak kosmicznego ograniczenia prędkości, który mówi nam, jak szybko Wszechświat się rozszerza – liczba zwana stałą Hubble’a” – wyjaśnił Rees. „Nasz ślad jest zapisany w gwiazdach w odległych galaktykach. Gwiazdy w tych galaktykach mówią nam, jak daleko się znajdują, a zatem jak długą drogę światło przebyło, aby do nas dotrzeć, a przesunięcia ku czerwieni galaktyk mówią nam, ile wszechświat ma rozwinęła się w tym czasie, a tym samym powiedz nam tempo ekspansji.

Rees zdobył nagrodę za pomoc w dokonaniu tego pomiaru przy użyciu supernowych typu Ia, których szczytowa jasność wewnętrzna jest bardzo stała. Wymagałoby to jednak czekania na eksplozję odpowiedniego rodzaju supernowej. Alternatywą są gwiazdy znane jako cefeidy, które są liczniejsze.

Jasność cefeidy jest powiązana z szybkością jej rozszerzania się i kurczenia, co ponownie daje nam miarę, którą można wykorzystać do obliczenia odległości między nimi. Zmienne cefeid dały nam pierwsze wyobrażenie o wielkości Wszechświata, ujawniając, że odległe galaktyki leżą poza Drogą Mleczną.

Nie są jednak tak jasne jak supernowe, a zmiennych cefeid nie można zobaczyć w odległych galaktykach. Jednak oddalone o setki milionów lat świetlnych mogą kalibrować pomiary supernowych, zapewniając dodatkową precyzję, ale tylko wtedy, gdy potrafimy je odróżnić od pobliskich zwykłych gwiazd.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pracuje na falach, na których jest to łatwiejsze niż w przypadku teleskopu Hubble’a, a Reiss i jego współpracownicy wykorzystali go do pomiaru ponad 320 cefeid, niektórych w stosunkowo pobliskiej galaktyce NGC 4258 i NGC 5584, które gościła niedawną supernową.

Ich pomiary pokazują, że nieufność co do dokładności Hubble’a nie była bezpodstawna, ponieważ bardzo dobrze mierzył te galaktyki. Jednak to, co odkryły dwa teleskopy kosmiczne, nie odpowiada dokładnie oczekiwaniom opartym na kosmicznym mikrofalowym tle.

Napięcie Hubble’a pozostaje nierozwiązane.

„Najbardziej ekscytującą możliwością jest to, że stres jest dowodem na to, że czegoś nam brakuje w naszym rozumieniu wszechświata” – dodał Rees. „Może to wskazywać na istnienie egzotycznej ciemnej energii, egzotycznej ciemnej materii, rewizję naszego rozumienia grawitacji lub istnienie unikalnej cząstki lub pola”. Jakby zwykła ciemna energia i ciemna materia nie były wystarczająco mylące.

Cztery wieki później Szekspir ma rację: tak Jesteśmy Więcej rzeczy na niebie i ziemi, niż ktokolwiek z jego filozofii, łącznie z Horatio, mógł marzyć.

Badanie zostało wcześniej zaakceptowane Dziennik astrofizycznyWersja przedpremierowa dostępna jest pod adresem ArXiv.org.

Poprzednia wersja tego artykułu została opublikowana we wrześniu 2023 r