این تصویر از NGC 5468، کهکشانی در فاصله 130 میلیون سال نوری از زمین، داده های تلسکوپ فضایی هابل و جیمز وب را ترکیب می کند. این دورترین کهکشانی است که هابل ستارگان متغیر قیفاووس را در آن شناسایی کرده است. اینها نشانگرهای مهمی برای اندازه گیری نرخ انبساط جهان هستند. فاصله محاسبه شده از قیفاووس با یک ابرنواختر نوع Ia در کهکشان همبستگی دارد. ابرنواخترهای نوع Ia به قدری درخشان هستند که برای اندازه گیری فواصل کیهانی بسیار فراتر از محدوده قیفاووسی استفاده می شوند و اندازه گیری سرعت انبساط کیهان را به اعماق فضا گسترش می دهند. با احترام: NASA، ESA، CSA، STScI، Adam G. Rees (JHU، STScI)
اختلاف در اندازه گیری ثابت هابل که به کشش هابل معروف است، یک معمای مهم در کیهان شناسی است. این تلسکوپ فضایی جیمز وبتایید از تلسکوپ فضایی هابلداده ها نردبان فاصله کیهانی را محکم کردند دقت و نشان می دهد که این اختلاف ممکن است حاکی از پدیده های ناشناخته کیهانی باشد که مستلزم بررسی بیشتر است.
سرعت انبساط جهان که به ثابت هابل معروف است، یکی از پارامترهای کلیدی برای درک تکامل و سرنوشت نهایی کیهان است. با این حال، یک تفاوت ثابت به نام کشش هابل، بین مقدار ثابت اندازه‌گیری شده با طیف گسترده‌ای از شاخص‌های فاصله مستقل و مقدار آن که از پس‌تابش پیش‌بینی می‌شود، مشاهده می‌شود. مهبانگ. این تلسکوپ فضایی NASA/ESA/CSA جیمز وب تایید کرد که چشم تیزبین تلسکوپ فضایی هابل در تمام مدت درست بوده و هرگونه شک باقی مانده در مورد اندازه گیری هابل را از بین می برد.
دستاوردهای تاریخی هابل
یکی از توجیهات علمی برای ساخت تلسکوپ فضایی هابل ناسا/ESA این بود که از قدرت رصد خود برای ارائه یک مقدار دقیق برای نرخ انبساط جهان استفاده کند. قبل از پرتاب هابل در سال 1990، مشاهدات از تلسکوپ های زمینی باعث ایجاد عدم قطعیت های زیادی شد. بسته به مقادیر استنباط شده برای نرخ انبساط، جهان ممکن است بین 10 تا 20 میلیارد سال سن داشته باشد. در طول 34 سال گذشته، هابل این اندازه گیری را به دقت کمتر از یک درصد کاهش داده است و این تفاوت را بر ارزش سنی 13.8 میلیارد سال تقسیم کرده است. این امر با اصلاح به اصطلاح “نردبان فاصله کیهانی” با اندازه گیری نشانگرهای مهم پست مایل معروف به ستاره های متغیر قیفاووس به دست آمده است.
مقابله با تنش هابل با وب
با این حال، ارزش هابل با اندازه‌گیری‌های دیگری که نشان می‌دهند جهان پس از گسترش سریع‌تر مهبانگ. این مشاهدات توسط ESA تخته نقشه‌برداری ماهواره‌ای از تابش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی – طرحی برای چگونگی تکامل ساختار جهان پس از سرد شدن از انفجار بزرگ.
راه‌حل ساده این معضل این است که بگوییم شاید مشاهدات هابل اشتباه باشد، زیرا در نتیجه برخی نادرستی در اندازه‌گیری‌های اعماق فضا وجود دارد. سپس تلسکوپ فضایی جیمز وب آمد که به اخترشناسان اجازه داد تا نتایج هابل را تأیید کنند. نماهای مادون قرمز وب از قیفاووس با داده های نوری نوری هابل مطابقت دارد. وب تایید کرد که چشم تیزبین تلسکوپ هابل در تمام مدت درست بوده و هر گونه شک باقی مانده در مورد اندازه گیری هابل را از بین می برد.
در مرکز این تصاویر کنار هم دسته خاصی از ستارگان قرار دارد که به عنوان نشانگر برای اندازه گیری سرعت انبساط کیهان – ستاره متغیر Cepheid – استفاده می شود. هر دو تصویر بسیار پیکسلی هستند زیرا نمای بسیار بزرگ شده ای از یک کهکشان دوردست را نشان می دهند. هر یک از پیکسل ها نشان دهنده یک یا چند ستاره است. تصویر تلسکوپ فضایی جیمز وب در طول موج های نزدیک به فروسرخ بسیار واضح تر از هابل است (که در درجه اول یک تلسکوپ نور مرئی-فرابنفش است). با کاهش بی نظمی با دید واضح تر وب، Cepheid با وضوح بیشتری برجسته می شود و هرگونه سردرگمی بالقوه را از بین می برد. وب برای بررسی نمونه ای از قیفاووس استفاده شد و صحت مشاهدات قبلی هابل را تأیید کرد، که برای اندازه گیری دقیق سرعت انبساط و سن کیهان اساسی هستند. با احترام: NASA، ESA، CSA، STScI، Adam G. Rees (JHU، STScI)
اسرار کیهانی و چالش های نظری
نکته اصلی این است که تنش به اصطلاح هابل بین آنچه در جهان نزدیک در حال رخ دادن است در مقابل انبساط اولیه کیهان همچنان یک معمای آزاردهنده برای کیهان شناسان است. ممکن است چیزی در تار و پود کیهان بافته شده باشد که ما هنوز آن را درک نکرده باشیم.
آیا حل این اختلاف نیاز به فیزیک جدید دارد؟ یا نتیجه خطاهای اندازه گیری بین دو روش مختلف است که برای تعیین میزان انبساط فضا استفاده می شود؟
هابل و وب اکنون با هم متحد شده‌اند تا اندازه‌گیری‌های قطعی را انجام دهند و از این مورد حمایت می‌کنند که چیز دیگری – نه خطاهای اندازه‌گیری – بر سرعت انبساط تأثیر می‌گذارد.
پیشرفت در مشاهدات فضایی
آدام ریس، فیزیکدان دانشگاه جانز هاپکینز در بالتیمور می گوید: «با نادیده گرفتن خطاهای اندازه گیری، آنچه باقی می ماند این است که احتمال واقعی و هیجان انگیز این است که ما جهان را اشتباه درک کرده ایم. آدام جایزه نوبل را برای کشف مشترک این واقعیت که انبساط جهان در حال شتاب گرفتن است، به لطف پدیده اسرارآمیزی که اکنون “انرژی تاریک” نامیده می شود، دارد.
به عنوان یک بررسی متقاطع، مشاهدات اولیه وب در سال 2023 تأیید کرد که اندازه‌گیری‌های هابل از جهان در حال انبساط دقیق است. با این حال، به امید کاهش فشار بر هابل، برخی از دانشمندان حدس می زنند که خطاهای اندازه گیری نامرئی ممکن است با نگاه کردن به اعماق جهان، رشد کرده و قابل مشاهده شوند. به طور خاص، خوشه‌بندی ستاره‌ای می‌تواند بر اندازه‌گیری روشنایی ستارگان دورتر به روشی سیستماتیک تأثیر بگذارد.
اعتبار سنجی مشارکتی و جهت گیری های آینده
تیم SH0ES (معادله انرژی تاریک حالت ابرنواختر H0) به رهبری آدام مشاهدات بیشتری را با وب از اجرام که نشانگرهای کیهانی حیاتی شناخته شده به عنوان ستارگان متغیر Cepheid هستند، به دست آوردند که اکنون می توانند به داده های هابل مرتبط شوند.
آدام گفت: “ما اکنون طیف کاملی از آنچه هابل مشاهده می کند پوشش داده ایم و می توانیم خطای اندازه گیری را به عنوان علت ولتاژ هابل با اطمینان بسیار بالا رد کنیم.”
اولین مشاهدات وب این تیم در سال 2023 موفقیت آمیز بود و نشان داد که هابل در مسیری قرار دارد که به طور محکم وفاداری اولین پله های به اصطلاح نردبان فاصله کیهانی را ثابت کند.
این تصویر سه مرحله اساسی را نشان می دهد که ستاره شناسان برای محاسبه سرعت انبساط جهان در طول زمان استفاده می کنند، مقداری که ثابت هابل نامیده می شود. تمام مراحل شامل ساختن یک “نردبان فاصله کیهانی” قوی است که با اندازه گیری دقیق فواصل تا کهکشان های نزدیک شروع می شود و سپس به سمت کهکشان هایی که دورتر و دورتر هستند حرکت می کند. این «نردبان» مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌های انواع مختلف اجرام نجومی روشنایی ذاتی است که محققان می‌توانند از آن برای محاسبه فواصل استفاده کنند. از جمله قابل اطمینان ترین ها در فواصل کوتاه می توان به متغیرهای Cepheid اشاره کرد، ستارگانی که با نرخ های قابل پیش بینی تپش می زنند و درخشندگی ذاتی خود را نشان می دهند. اخترشناسان اخیراً از تلسکوپ فضایی هابل برای رصد 70 متغیر قیفاووسی در ابر ماژلانی بزرگ اطراف استفاده کردند تا دقیق ترین اندازه گیری فاصله تا این کهکشان را انجام دهند. ستاره‌شناسان اندازه‌گیری‌های قیفاووس‌های نزدیک را با کهکشان‌های دورتر مقایسه کردند، که شامل یک معیار کیهانی دیگر، ستاره‌های در حال انفجار به نام ابرنواختر نوع Ia است. این ابرنواخترها بسیار درخشانتر از متغیرهای Cepheid هستند. ستاره شناسان از آنها به عنوان “نشانگرهای پست مایل” برای تخمین فاصله زمین تا کهکشان های دور استفاده می کنند. هر یک از این برچسب ها بر روی پله قبلی در “نردبان” ساخته می شوند. با گسترش نردبان با استفاده از انواع مختلف نشانگرهای قطب کیلومتری قابل اعتماد، ستاره شناسان می توانند به فواصل بسیار زیادی در کیهان برسند. ستاره شناسان این مقادیر فاصله را با اندازه گیری نور کل کهکشان مقایسه می کنند، که با فاصله به دلیل انبساط یکنواخت فضا قرمزتر می شود. سپس ستاره شناسان می توانند سرعت انبساط جهان را محاسبه کنند: ثابت هابل. با حسن نیت: NASA، ESA و A. Feld (STScI)
پیچیدگی نردبان فاصله کیهانی
ستاره شناسان از روش های مختلفی برای اندازه گیری فواصل نسبی در کیهان بسته به جسم مورد مشاهده استفاده می کنند. در مجموع، این تکنیک‌ها به عنوان نردبان فاصله کیهانی شناخته می‌شوند – هر پله یا تکنیک اندازه‌گیری برای کالیبراسیون به مرحله قبلی متکی است.
اما برخی از اخترشناسان پیشنهاد می‌کنند که با حرکت به سمت خارج در «پله دوم»، اگر اندازه‌گیری‌های قیفاووسی با فاصله دقیق‌تر شوند، نردبان فاصله کیهانی ممکن است تکان بخورد. چنین نادرستی‌ها ممکن است به این دلیل به وجود بیایند که نور قیفاووس می‌تواند با نور ستاره همسایه ترکیب شود – اثری که می‌تواند با فاصله بیشتر مشخص شود، زیرا ستاره‌ها در آسمان جمع می‌شوند و تشخیص یکی از دیگری سخت‌تر می‌شود.
چالش رصدی این است که تصاویر گذشته هابل از این متغیرهای قیفاووسی دورتر، شلوغ‌تر به نظر می‌رسند و با ستاره‌های همسایه در فاصله‌های فزاینده بین ما و کهکشان‌های میزبانشان همپوشانی دارند، که نیاز به محاسبه دقیق این اثر دارد. تداخل گرد و غبار، قطعیت اندازه گیری ها را در نور مرئی پیچیده تر می کند. وب گرد و غبار را می شکند و به طور طبیعی قیفاووس را از ستارگان همسایه جدا می کند زیرا دید او در طول موج های فروسرخ از هابل تیزتر است.
“ترکیب وب و هابل بهترین های هر دو جهان را به ما می دهد.” آدام گفت: ما متوجه شدیم که اندازه‌گیری‌های هابل همچنان قابل اعتماد باقی می‌ماند که از نردبان فاصله کیهانی بالا می‌رویم.
مشاهدات جدید وب شامل پنج کهکشان میزبان از هشت ابرنواختر نوع Ia است که در مجموع شامل 1000 قیفاووس است و به دورترین کهکشانی که قیفاووس ها به خوبی اندازه گیری شده اند، یعنی NGC 5468، در فاصله 130 میلیون سال نوری می رسند. “این کل محدوده ای را که ما با هابل اندازه گیری کرده ایم را پوشش می دهد. گاگاندیپ آناند از مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور، که تلسکوپ های وب و هابل را برای استفاده از تلسکوپ های وب و هابل به کار می برد، گفت: بنابراین ما به انتهای پله دوم نردبان فاصله کیهانی رسیده ایم. ناسا.
با هم، تایید هابل و وب از سویه هابل، رصدخانه های دیگری را برای حل معما ایجاد می کند، از جمله رصدخانه آتی ناسا. تلسکوپ فضایی نانسی گریس رم و ESA اخیرا راه اندازی شده است ماموریت اقلیدس.
در حال حاضر، به نظر می رسد که نردبان فاصله مشاهده شده توسط هابل و وب، تکیه گاه محکمی را در یکی از سواحل یک رودخانه قرار داده است، و تابش پس از انفجار بزرگ که توسط پلانک از آغاز جهان مشاهده شده است، محکم در سمت دیگر قرار گرفته است. چگونگی تغییر انبساط جهان در طی میلیاردها سال بین این دو نقطه پایانی هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است. آدام گفت: «ما باید بفهمیم که آیا چیزی را در مورد نحوه اتصال آغاز جهان و امروز از دست می دهیم یا خیر.
این یافته ها در شماره 6 فوریه 2024 منتشر شد این نامه های مجله اخترفیزیک.
مرجع: “مشاهدات JWST تجمع ناشناخته نورسنجی قیفاووسی را به عنوان توضیحی برای تنش هابل در اطمینان 8σ رد می کند” توسط آدام جی. ریس، گاگاندیپ اس. آناند، ونلونگ یوان، استفانو کازرتانو، اندرو دلفین، لوکاس ام. ماکری، لوئیز بروال، دن اسکولنیک، مارشال پرین و ریچارد آی اندرسون، 6 فوریه 2024، The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd
