Die von der Gruppe durchgeführte Analyse ebnet den Weg für bessere Messungen in der Zukunft unter Verwendung von Teleskopen aus einer Reihe von Cherenkov-Teleskopen.Mit den modernsten Technologien und Methoden hat das Astrophysikerteam der Clemson University einen neuen Ansatz zur Quantifizierung eines der grundlegendsten Gesetze des Universums eingeführt.
Die Clemson-Wissenschaftler Marco Agello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli und Dieter Hartmann haben zusammen mit sechs anderen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt eine neue Dimension der Hubble-Konstante entwickelt - die Maßeinheit für die Expansionsgeschwindigkeit des Universums.
"Die Kosmologie ist ein Verständnis der Evolution unseres Universums: wie es sich in der Vergangenheit entwickelt hat, was es jetzt tut und was in Zukunft passieren wird", sagte Agello, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie am College of Science. - Unser Wissen basiert auf einer Reihe von Parametern, einschließlich der Hubble-Konstante, die wir so genau wie möglich messen möchten. In diesem Artikel analysierte unser Team Daten, die sowohl von orbitalen als auch von bodengestützten Teleskopen stammen, um eine der neuesten Messungen der Expansionsgeschwindigkeit des Universums zu erhalten. “
Das Konzept eines expandierenden Universums wurde vom amerikanischen Astronomen Edwin Hubble (1889-1953) vorgestellt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war Hubble einer der ersten Astronomen, die zu dem Schluss kamen, dass das Universum aus vielen Galaxien besteht. Seine anschließende Forschung führte zu der berühmtesten Entdeckung: Galaxien entfernen sich mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Entfernung zu ihnen ist.
Hubble schätzte zunächst eine Expansionsrate von 500 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec, wobei die Megaparsec ungefähr 3,26 Millionen Lichtjahren entspricht. Hubble kam zu dem Schluss, dass eine Galaxie, die sich zwei Megaparsec von unserer Galaxie entfernt befindet, zweimal schneller ist als eine Galaxie, die nur eine Megaparsec entfernt ist. Diese Schätzung wurde als Hubble-Konstante bekannt, was zum ersten Mal bewies, dass sich das Universum ausdehnt.
Mithilfe ständig verbesserter Technologien sind Astronomen zu Messungen gekommen, die sich erheblich von den ursprünglichen Berechnungen von Hubble unterscheiden. Die Expansionsgeschwindigkeit wurde auf 50 bis 100 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec verlangsamt. In den letzten zehn Jahren haben hochmoderne Instrumente wie der Planck-Satellit die Genauigkeit der ersten Messungen von Hubble erheblich verbessert.
In einem Artikel mit dem Titel "Eine neue Messung der Hubble-Konstante und -Substanz im Universum unter Verwendung der extragalaktischen Hintergrundabschwächung der Gammastrahlung" verglich die Gruppe die neuesten Daten zur Gammastrahlungsabschwächung mit dem Fermi-Weltraumteleskop und Cherenkovs atmosphärischen Teleskopen, um ihre Schätzungen basierend auf Modellen zu entwickeln extragalaktisches Hintergrundlicht. Diese neue Strategie führte zu einer Messung von ungefähr 67,5 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec.
Gammastrahlen sind die energiereichste Form von Licht. Extragalaktisches Hintergrundlicht (EBL) ist ein kosmischer Nebel, der sich aus dem gesamten ultravioletten, sichtbaren und infraroten Licht zusammensetzt, das von Sternen oder Staub in ihrer Nähe ausgestrahlt wird. Wenn Gammastrahlen und EBL interagieren, hinterlassen sie einen spürbaren Eindruck - einen allmählichen Flussverlust, den die Wissenschaftler bei der Formulierung ihrer Hypothese analysieren konnten.
Die Wissenschaftler Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli und Dieter Hartmann haben zusammen mit sechs anderen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt eine neue Dimension für die Hubble-Konstante entwickelt."Die astronomische Gemeinschaft investiert viel Geld und Ressourcen in die Schaffung einer genauen Kosmologie mit vielen verschiedenen Parametern, einschließlich der Hubble-Konstante", sagte Dieter Hartmann, Professor für Physik und Astronomie. - Unser Verständnis dieser fundamentalen Konstanten hat das Universum so definiert, wie wir es jetzt kennen. Wenn unser Verständnis von Gesetzen genauer wird, wird auch unsere Definition des Universums genauer, was zu neuen Einsichten und Entdeckungen führt. “
Eine übliche Analogie für die Expansion des Universums ist ein gepunkteter Ballon, wobei jeder Punkt eine Galaxie darstellt. Wenn der Ballon aufgeblasen ist, breiten sich die Flecken immer weiter aus.
"Einige Theoretiker schlagen vor, dass sich der Ballon zu einem bestimmten Zeitpunkt ausdehnt und dann wieder zusammenbricht", sagte Desai, ein Doktorand am Institut für Physik und Astronomie. "Am häufigsten wird jedoch angenommen, dass sich das Universum weiter ausdehnen wird, bis alles so weit voneinander entfernt ist, dass kein Licht mehr beobachtet werden kann." In diesem Moment wird das Universum einen kalten Tod erleiden. Aber wir müssen uns keine Sorgen machen. Wenn das passiert, dann in Billionen von Jahren. “
Aber wenn die Ballon-Analogie korrekt ist, was genau bläst der Ballon dann auf?
"Materie ist Sterne, Planeten, auch wenn wir nur einen kleinen Teil der Gesamtzusammensetzung des Universums ausmachen", erklärte Agello. - Der größte Teil des Universums besteht aus dunkler Energie und dunkler Materie. Und wir glauben, dass diese dunkle Energie "einen Ballon aufbläst". Dunkle Energie drückt die Dinge auseinander. Die Schwerkraft, die Objekte zueinander anzieht, ist auf lokaler Ebene eine stärkere Kraft, sodass einige Galaxien weiterhin kollidieren. Aber in kosmischen Entfernungen ist dunkle Energie die vorherrschende Kraft. “
„Es ist großartig, dass wir Gammastrahlen verwenden, um Kosmologie zu studieren. Unsere Methodik erlaubt es uns, eine unabhängige Strategie zu verwenden - eine neue Methodik, die unabhängig von bestehenden ist -, um die wichtigsten Eigenschaften des Universums zu messen, sagte Dominguez, der auch ein wissenschaftlicher Mitarbeiter der Agello-Gruppe ist. - Unsere Ergebnisse zeigen die in den letzten zehn Jahren erreichte Reife auf dem Gebiet der Hochenergieastrophysik. Die von uns entwickelte Analyse öffnet die Tür für bessere Messungen in der Zukunft mit einer Reihe von Cherenkov-Teleskopen, die sich noch in der Entwicklung befinden und die ehrgeizigste Reihe von bodengestützten Hochenergieteleskopen sein wird, die jemals gebaut wurde. “
Viele dieser in diesem Artikel verwendeten Methoden stimmen mit früheren Arbeiten von Agello und seinen Kollegen überein. In einem früheren Projekt, das in der Zeitschrift Science erschien, konnten Agello und sein Team das gesamte Sternenlicht messen, das jemals in der Geschichte des Universums ausgestrahlt wurde.
"Wir wissen, dass sich Gammastrahlenphotonen aus extragalaktischen Quellen im Universum in Richtung Erde bewegen, wo sie bei der Wechselwirkung mit Sternenlichtphotonen absorbiert werden können", sagte Agello. - Die Geschwindigkeit der Interaktion hängt von der Länge ihrer Reise im Universum ab. Und die Länge, die sie durchlaufen, hängt von der Verlängerung ab. Wenn die Ausdehnung gering ist, bewegen sie sich ein kurzes Stück. Wenn die Ausdehnung groß ist, legen sie eine sehr große Strecke zurück. Die von uns gemessene Absorptionsmenge hing daher stark vom Wert der Hubble-Konstante ab. Was wir getan haben, war es zu ändern und es zu nutzen, um die Expansionsrate des Universums zu begrenzen. “
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