Seberapa cepat alam semesta mengembang?

Tim Hubble dan Gaia berkumpul untuk membuat pengukuran paling akurat hari ini

Pada 1920-an, Edwin Hubble membuat penemuan revolusioner - ternyata alam semesta mengembang. Awalnya, keadaan ini diprediksi oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Kecepatan ekspansi ini disebut konstanta Hubble . Hingga hari ini, dengan bantuan teleskop modern - seperti teleskop Hubble - para astronom telah mengukur ulang dan merevisi nilai ini berkali-kali.

Pengukuran ini mengkonfirmasi bahwa laju ekspansi meningkat seiring waktu, meskipun para ilmuwan tidak yakin mengapa. Pengukuran terbaru dilakukan oleh tim ilmuwan internasional yang menggunakan data dari Hubble, dan kemudian membandingkannya dengan data yang diperoleh di Gaia Observatory of European Space Agency. Akibatnya, pengukuran konstanta Hubble yang paling akurat hingga saat ini diperoleh, yang, bagaimanapun, tidak menghilangkan pertanyaan tentang akselerasi kosmik.

Sebuah penelitian yang menggambarkan penemuan-penemuan ini diterbitkan pada bulan Juli di Astrophysical Journal, berjudul: "Bima Sakti Standar Cepheid untuk Mengukur Jarak Kosmik dan Penerapannya pada Gaia DR2: Implikasi untuk Konstan Hubble." Studi ini melibatkan para ilmuwan dari Space Research Institute menggunakan teleskop luar angkasa, Universitas Johns Hopkins, National Institute of Astrophysics, Universitas California di Berkeley, Universitas A&M Texas, dan Observatorium Selatan Eropa.


Tiga tahap pengukuran konstanta Hubble: mengukur paralaks untuk Cepheids, mengukur galaksi yang mengandung Cepheids dan tipe Ia supernova, mengukur galaksi jauh yang mengandung tipe Ia supernovae.

Sejak 2005, Adam Riess , seorang peraih Nobel yang bekerja di Space Research Institute menggunakan teleskop ruang angkasa dan Universitas Johns Hopkins, telah berupaya memperbaiki nilai konstanta Hubble, meningkatkan dan meningkatkan proses membangun tangga ruang jarak . Bersama dengan tim mereka, yang dikenal sebagai "menggunakan H0 supernova untuk menghitung persamaan negara" ( Supernova H0 untuk Persamaan Negara , SH0ES), mereka berhasil mengurangi kesalahan pengukuran tingkat ekspansi alam semesta menjadi 2,2%.

Secara rinci, para astronom secara tradisional menggunakan skala jarak dalam astronomi, atau tangga jarak, untuk mengukur jarak ke objek yang jauh di alam semesta. Itu dibangun atas dasar tonggak seperti bintang variabel Cepheid - bintang yang berdenyut, jarak yang dapat dihitung dengan membandingkan kecerahan absolutnya dengan yang terlihat [dan kecerahan absolut dapat dihitung berdasarkan periode riak / kira-kira. diterjemahkan.]. Pengukuran tersebut kemudian dibandingkan dengan pergeseran merah cahaya yang datang dari galaksi jauh untuk menentukan seberapa cepat ruang antar galaksi meluas.

Konstanta Hubble juga diturunkan dari ini. Metode lain adalah pengamatan radiasi peninggalan, dan melacak ekspansi Alam Semesta awal - ketika sekitar 378.000 tahun telah berlalu sejak Big Bang - dari mana kecepatan ekspansi modern diperoleh dengan menggunakan fisika dan ekstrapolasi. Bersama-sama, metode-metode ini harus menyediakan jadwal untuk perluasan Semesta dari awal hingga saat ini.

Namun, para astronom telah lama mengetahui bahwa kedua pengukuran ini tidak bersamaan. Dalam studi sebelumnya , ketika Riess dan tim juga melakukan penelitian menggunakan teleskop Hubble, mereka mendapat nilai konstan 73 km / s / Mpc. Sementara itu, hasil yang diperoleh dari pengukuran Planck Observatory (yang mengamati radiasi dari tahun 2009 hingga 2013) menunjukkan bahwa konstanta Hubble harus 67 km / s / Mpc, dan tentu saja tidak lebih dari 69 - dan ini adalah perbedaan sebanyak 9%


Radiasi peninggalan dalam warna pseudo

Seperti yang dicatat Riess dalam siaran pers NASA baru-baru ini:

Ketegangan tumbuh menjadi ketidakcocokan nyata dari gagasan kita tentang Semesta awal dan akhir. Menjadi jelas bahwa ini bukan lagi hasil dari kesalahan besar di salah satu dimensi. Seperti jika Anda meramalkan pertumbuhan anak sesuai dengan jadwal pertumbuhan orang, dan kemudian menemukan bahwa, setelah dewasa, ia sangat melebihi harapan. Kami benar-benar bingung.

Dalam hal ini, Riss dan rekannya menggunakan teleskop Hubble untuk memperkirakan kecerahan Cepheids jauh, dan Gaia memberikan data paralaks - perubahan nyata di lokasi objek tergantung pada sudut pandangnya - yang diperlukan untuk menentukan jarak. Kontribusi Gaia lainnya adalah pengukuran jarak hingga 50 Cepheids dari Bima Sakti, yang dikombinasikan dengan pengukuran Hubble.

Ini memungkinkan para astronom untuk lebih akurat mengkalibrasi Cepheids dan menggunakan yang berada di luar Bima Sakti sebagai penanda. Dengan menggunakan pengukuran yang diperoleh dari Hubble dan data baru dari Gaia, Riss dan rekannya mampu memperbaiki nilai pengukuran kecepatan ekspansi menjadi 73,5 km / s / Mpc.


Satelit Gaia dari Badan Antariksa Eropa saat ini sedang memenuhi misinya selama lima tahun untuk membangun peta bintang-bintang Bimasakti.

Stefano Casertano dari Space Telescope Space Research Institute dan anggota tim SH0ES menambahkan:

Hubble secara mengejutkan bagus dalam melayani sebagai observatorium tujuan umum, tetapi Gaia adalah standar baru untuk kalibrasi jarak. Ini dirancang khusus untuk mengukur paralaks - itu dikembangkan untuk ini. Gaia menawarkan kemungkinan baru untuk mengkalibrasi ulang semua jarak yang diukur sebelumnya dan mengkonfirmasi pekerjaan kami sebelumnya. Kami mendapatkan nilai yang sama untuk konstanta Hubble, menggantikan semua kalibrasi sebelumnya dari skala jarak hanya dengan nilai paralaks yang diperoleh dari Gaia. Ini adalah pemeriksaan silang dari dua observatorium yang kuat dan akurat.

Di masa depan, Riess dan timnya berharap untuk terus bekerja dengan Gaia untuk mengurangi kesalahan terkait dengan konstanta Hubble menjadi 1% pada awal 2020-an. Sementara itu, perbedaan antara tingkat ekspansi saat ini dan yang diperoleh dari data CMB akan terus mengejutkan para astronom.

Pada akhirnya, ini mungkin merupakan tanda bahwa beberapa fisika lain bekerja di Semesta, bahwa materi gelap tidak berinteraksi dengan materi normal seperti yang diduga para ilmuwan, atau bahwa energi gelap dapat berubah menjadi lebih eksotis daripada yang diperkirakan sebelumnya. Apa pun alasannya, jelas bahwa Semesta masih memiliki kejutan bagi kita!