En grupp astronomer ledda av University of California, Davis har fått nya data som tyder på att universum expanderar snabbare än förutspått.

Studien kommer efter en het debatt om hur snabbt universum ballonger; mätningarna hittills är oense.

Teamets nya mätning av Hubble-konstanten, eller universums expansionshastighet, innebar en annan metod. De använde NASAs Hubble Space Telescope (HST) i kombination med W. M. Keck Observatorys Adaptive Optics (AO) system för att observera tre gravitationslinsade system. Detta är första gången markbaserad AO-teknik har använts för att erhålla Hubble Constant.

"När jag började arbeta med det här problemet för mer än 20 år sedan, den tillgängliga instrumenteringen begränsade mängden användbar data som du kunde få ut av observationerna, " säger medförfattaren Chris Fassnacht, Professor i fysik vid UC Davis. "I detta projekt, vi använder Keck Observatorys AO för första gången i den fullständiga analysen. Jag har känt i många år att AO-observationer kan bidra mycket till detta arbete."

Teamets resultat publiceras i det senaste onlinenumret av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

För att utesluta någon partiskhet, teamet genomförde en blind analys; under bearbetningen, de höll det slutliga svaret dolt även för sig själva tills de var övertygade om att de hade tagit itu med så många möjliga felkällor som de kunde komma på. Detta hindrade dem från att göra några justeringar för att komma till "rätt" värde, undvika konfirmationsbias.

"När vi trodde att vi hade tagit hand om alla möjliga problem med analysen, vi avblindar svaret med regeln att vi måste publicera vilket värde vi än hittar, även om det är galet. Det är alltid ett spänt och spännande ögonblick, " säger huvudförfattaren Geoff Chen, en doktorand vid UC Davis Physics Department.

Avblindningen avslöjade ett värde som överensstämmer med Hubble Constant-mätningar tagna från observationer av "lokala" objekt nära jorden, såsom närliggande supernovor av typ Ia eller gravitationslinsade system; Chens team använde de senare objekten i sin blinda analys.

Teamets resultat bidrar till växande bevis för att det finns ett problem med standardmodellen för kosmologi, som visar att universum expanderade väldigt snabbt tidigt i sin historia, sedan avtog expansionen på grund av gravitationskraften från mörk materia, och nu accelererar expansionen igen på grund av mörk energi, en mystisk kraft.

Denna modell av universums expansionshistoria är sammanställd med hjälp av traditionella Hubble Constant-mätningar, som är tagna från "avlägsna" observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) – överbliven strålning från Big Bang när universum började för 13,8 miljarder år sedan.

Nyligen, många grupper började använda olika tekniker och studera olika delar av universum för att få Hubble-konstanten och fann att värdet som erhållits från "lokala" kontra "avlägsna" observationer inte överensstämmer.

"Där ligger krisen i kosmologin, " säger Fassnacht. "Medan Hubble-konstanten är konstant överallt i rymden vid en given tidpunkt, den är inte konstant i tiden. Så, när vi jämför Hubble-konstanterna som kommer ur olika tekniker, vi jämför det tidiga universum (med hjälp av avlägsna observationer) med det sena, mer modern del av universum (med lokal, närliggande observationer)."

Detta tyder på att det antingen finns ett problem med CMB-mätningarna, vilket teamet säger är osannolikt, eller så måste standardmodellen för kosmologi ändras på något sätt med hjälp av ny fysik för att korrigera avvikelsen.

Metodik

Genom att använda Keck Observatorys AO-system med den nära infraröda kameran, andra generationens (NIRC2) instrument på Keck II-teleskopet, Chen och hans team fick lokala mätningar av tre välkända linserade kvasarsystem:PG1115+ 080, HE0435-1223, och RXJ1131-1231.

kvasarer är extremt ljusa, aktiva galaxer, ofta med massiva jetstrålar som drivs av ett supermassivt svart hål som äter glupskt material som omger det.

Även om kvasarer ofta är extremt långt borta, astronomer kan upptäcka dem genom gravitationslinser, ett fenomen som fungerar som naturens förstoringsglas. När en tillräckligt massiv galax närmare jorden kommer i vägen för ljus från en mycket avlägsen kvasar, galaxen kan fungera som en lins; dess gravitationsfält förvränger själva rymden, böja bakgrundsquasarens ljus till flera bilder och få det att se extra ljust ut.

Ibland, kvasarens ljusstyrka flimrar, och eftersom varje bild motsvarar en något annorlunda väglängd från kvasar till teleskop, flimrarna visas vid lite olika tidpunkter för varje bild – de kommer inte alla till jorden samtidigt.

Med HE0435-1223, PG1115+ 080, och RXJ1131-1231, laget mätte noggrant dessa tidsförseningar, som är omvänt proportionella mot Hubble-konstantens värde. Detta gör att astronomer kan avkoda ljuset från dessa avlägsna kvasarer och samla information om hur mycket universum har expanderat under den tid ljuset har varit på väg till jorden.

"En av de viktigaste ingredienserna i att använda gravitationslinser för att mäta Hubble Constant är känslig och högupplöst bildbehandling, " sa Chen. "Hittills, de bästa linsbaserade Hubble Constant-mätningarna alla involverade med hjälp av data från HST. När vi avblindade, vi hittade två saker. Först, vi hade konsekventa värden med tidigare mätningar som var baserade på HST-data, bevisar att AO-data kan ge ett kraftfullt alternativ till HST-data i framtiden. För det andra, vi fann att kombinationen av AO- och HST-data gav ett mer exakt resultat."

Nästa steg

Chen och hans team, såväl som många andra grupper över hela planeten, gör mer forskning och observationer för att ytterligare undersöka. Nu när Chens team har bevisat att Keck Observatorys AO-system är lika kraftfullt som HST, astronomer kan lägga till denna metod till sin hink av tekniker när de mäter Hubble-konstanten.

"Vi kan nu prova den här metoden med mer linsförsedda kvasarsystem för att förbättra precisionen i vår mätning av Hubble-konstanten. Kanske kommer detta att leda oss till en mer komplett kosmologisk modell av universum, säger Fassnacht.