Pengamatan paling akurat dari bintang-bintang jauh yang secara berkala mengubah kecerahannya dapat mendorong pemikiran ulang tentang laju perluasan alam semesta – mungkin dengan menyelesaikan, atau memperdalam, masalah lama dalam kosmologi.
Pengamatan menegaskan bahwa ada perbedaan antara dua metode utama untuk mengukur kecepatan Semesta Memperluas, menyelaraskan dengan satu dan bukan yang lain, laporan studi baru.
Peneliti di grup Stellar menggunakan data yang dikumpulkan oleh Eropa Jaya pesawat ruang angkasa untuk belajar Bintang variabel Cepheid, yang berdenyut secara teratur, menyediakan metode untuk mengukur jarak kosmik secara akurat. Teknik pengukuran bintang Cepheid diperluas untuk memasukkan metode lain, seperti yang didasarkan pada pengamatan Tipe 1a supernova.
Terkait: Teleskop Hubble menyempurnakan misteri laju ekspansi alam semesta
Keluaran cahaya dari supernova, ledakan raksasa yang terjadi pada akhir kehidupan bintang-bintang besar, sangat seragam sehingga disebut sebagai “lilin standar” dan merupakan bagian penting dari apa yang disebut para astronom sebagai “tangga jarak kosmik”. ” Metode pengukuran jarak bintang Cepheid menambahkan “anak tangga” lain ke tangga metaforis ini, dan penelitian baru ini telah memperkuat anak tangga tersebut.
“Kami mengembangkan cara untuk mencari Cepheid yang termasuk dalam gugus bintang yang terdiri dari beberapa ratus bintang dengan menguji apakah bintang bergerak bersama melintasi Bima SaktiStudi rekan penulis Richard Anderson, fisikawan di Federal Polytechnic School of Lausanne (EPFL) di Swiss, katanya dalam sebuah pernyataan (Buka di tab baru).
“Berkat trik ini, kami dapat memanfaatkan pengetahuan terbaik tentang pengukuran paralaks Gaia sambil memanfaatkan peningkatan resolusi yang ditawarkan oleh banyak bintang di gugus,” kata Anderson. “Ini telah memungkinkan kami untuk mendorong resolusi pandangan Gaia hingga batasnya dan memberikan fondasi terkuat yang dapat menopang tangga jarak.”
Skala jarak kosmik juga digunakan untuk mengukur laju perluasan alam semesta, yang dikenal sebagai konstanta Hubble. Kalibrasi ulang baru dari “derajat” Cepheid ini memperdalam masalah laju perluasan alam semesta, yang kemudian dikenal sebagai “ketegangan Hubble”.
Apa ketegangan Hubble?
Pada awal abad ke-20, gelombang kejut menjadi populer dalam fisika dan astronomi Edwin Hubble Dia mengungkapkan bukti bahwa alam semesta tidak statis, seperti yang dipikirkan pada saat itu, tetapi sebenarnya mengembang. Jadi laju pemuaian ini dikenal sebagai konstanta Hubble.
Konsep ini mengalami perombakan besar-besaran pada akhir 1990-an, ketika para astronom menemukan melalui pengamatan supernova jauh bahwa alam semesta tidak hanya mengembang, tetapi juga berkembang. dengan kecepatan yang dipercepat. Sejak saat itu, mengukur Konstanta Hubble telah menjadi masalah pelik bagi para astronom dan kosmolog, karena ada dua cara utama untuk menentukan nilai ini — dan mereka tidak setuju.
Satu metode digunakan galaksiKecepatan sebagai fungsi jarak menghasilkan nilai konstanta Hubble sekitar 73 ± 1 kilometer per detik per megaparsec (km/s/Mpc), dengan 1 megaparsec mewakili sekitar 3,26 juta tahun cahaya. Ini dikenal sebagai solusi “waktu terlambat”, karena berasal dari pengukuran alam semesta belakangan ini.
Cara lain untuk mengukur konstanta Hubble adalah dengan melihat cahaya dari suatu peristiwa sesaat setelahnya ledakan besar Ini disebut “hamburan terakhir”, di mana elektron bergabung dengan proton untuk membentuk atom pertama. Karena elektron bebas sebelumnya telah menghamburkan foton (partikel cahaya) terlalu jauh, mencegahnya bergerak sangat jauh, peristiwa ini berarti bahwa cahaya tiba-tiba dibiarkan bergerak bebas melintasi alam semesta.
“Cahaya pertama” ini sekarang terlihat sebagai Latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), dan mengisi alam semesta hampir seragam, kecuali perbedaan kecil. Ketika para astronom mengukur variasi kecil dalam radiasi fosil ini, ia memperkirakan nilai konstanta Hubble pada zaman modern sekitar 67,5 ± 0,5 km/detik/juta blok.
Anehnya, perbedaan antara dua perkiraan konstanta Hubble hanya meningkat karena teknik pengukuran keduanya telah disempurnakan dan menjadi lebih tepat. Perbedaan sebesar 5,6 km/s/megapasc ini, dan masalah umum yang mengelilinginya, disebut sebagai “Tegangan Hubble”. Ini adalah masalah serius bagi para kosmolog, karena menunjukkan ada yang salah dengan pemahaman kita tentang hukum fisika dasar yang mengatur alam semesta.
Terkait: Alam semesta mengembang dengan sangat cepat dan kita mungkin membutuhkan fisika baru untuk menjelaskannya
Varian Cepheid memilih satu sisi
Anderson menjelaskan mengapa perbedaan beberapa kilometer/detik/Mpc dalam konstanta Hubble sangat penting, bahkan mengingat skala alam semesta yang sangat luas. (Lebar alam semesta yang terlihat saja diperkirakan sekitar 29.000 MPC.)
“Perbedaan ini sangat penting,” kata Anderson. “Misalkan Anda ingin membangun sebuah terowongan dengan mengebor dua sisi gunung yang berlawanan. Jika Anda telah memahami jenis batuan dengan benar dan jika perhitungan Anda benar, kedua lubang yang Anda bor akan bertemu di tengah. Tetapi jika mereka melakukannya tidak, maka Anda telah membuat kesalahan — entah perhitungan Anda salah atau Anda salah tentang jenis batunya.
Anderson mengatakan ini mirip dengan ketegangan Hubble dan apa yang terjadi dengan konstanta Hubble.
Dia menambahkan, “Semakin kita yakin akan keakuratan perhitungan kita, semakin kita menyimpulkan bahwa perbedaan itu berarti pemahaman kita tentang alam semesta salah, dan bahwa alam semesta tidak seperti yang kita pikirkan.”
Kalibrasi instrumen Pengukuran Variabel Cepheid yang lebih baik berarti bahwa teknik ini akhirnya “memihak” dalam debat ketegangan Hubble, memberikan persetujuan dengan solusi “waktu terlambat”.
“Studi kami mengonfirmasi laju ekspansi 73 km/dtk/Mpc, tetapi yang lebih penting, ini juga memberikan kalibrasi Cepheid yang paling akurat dan andal sebagai alat pengukur jarak hingga saat ini,” kata Anderson. “Ini berarti kita harus memikirkan kembali konsep dasar yang menjadi dasar pemahaman umum kita tentang fisika.”
Hasil tim memiliki implikasi lain juga. Misalnya, kalibrasi Cepheid yang lebih akurat membantu mengungkapkan bentuk galaksi kita dengan lebih baik, kata anggota tim peneliti.
“Karena pengukuran kami sangat tepat, mereka memberi kami wawasan tentang geometri Bima Sakti,” kata penulis utama studi Mauricio Cruz Reyes, Ph.D. siswa dalam kelompok penelitian Anderson, katanya dalam pernyataan yang sama. “Sangat akurat kalibrasi (Buka di tab baru) Pengembangan kami akan memungkinkan kami untuk lebih menentukan ukuran dan bentuk Bima Sakti sebagai galaksi piringan datar dan jaraknya dari galaksi lain, misalnya.”
Studi baru ini diterbitkan minggu lalu di jurnal Astronomi dan astrofisika (Buka di tab baru).
Ikuti kami di Twitter @Spacedotcom (Buka di tab baru) dan seterusnya Facebook (Buka di tab baru).
More Stories
Roket Falcon 9 SpaceX berhenti sebelum diluncurkan, miliarder dalam misi khusus
Bagaimana lubang hitam bisa menjadi begitu besar dan cepat? Jawabannya terletak pada kegelapan
Seorang mahasiswa Universitas North Carolina akan menjadi wanita termuda yang melintasi batas luar angkasa dengan kapal Blue Origin