Det är en av de stora kosmologiska debatterna:universum expanderar, men hur snabbt exakt? Två tillgängliga mätningar ger olika resultat. Leiden-fysikern David Harvey anpassade en oberoende tredje mätmetod med hjälp av ljusförvrängningsegenskaperna hos galaxer som förutspåtts av Einstein. Han publicerade sina resultat i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

Vi har vetat i nästan ett sekel om universums expansion. Astronomer noterade att ljuset från avlägsna galaxer har en lägre våglängd än galaxer i närheten. Ljusvågorna verkar sträckta, eller rödskiftad, vilket betyder att de avlägsna galaxerna rör sig bort.

Denna expansionshastighet, kallad Hubble-konstanten, kan mätas. Vissa supernovor, eller exploderande stjärnor, ha en välförstådd ljusstyrka; detta gör det möjligt att uppskatta deras avstånd från jorden och relatera det avståndet till deras rödförskjutning eller hastighet. För varje megaparsek av avstånd (en parsec är 3,3 ljusår), hastigheten som galaxer drar sig tillbaka från oss, ökar med 73 kilometer per sekund.

Einstein

Dock, allt mer exakta mätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, en kvarleva av ljus i det mycket tidiga universum, gav en annan Hubble-konstant:cirka 67 kilometer per sekund.

Hur kan det vara? Varför skillnaden? Kan denna skillnad berätta något nytt om universum och fysiken? "Detta, " säger Leiden fysikern David Harvey, "är därför en tredje mätning, oberoende av de andra två, har kommit till synen:gravitationslinser."

Albert Einsteins allmänna relativitetsteori förutspår att en masskoncentration, som en galax, kan böja ljusets väg, ungefär som ett objektiv gör. När en galax är framför en stark ljuskälla, ljuset är böjt runt det och kan nå jorden via olika vägar, tillhandahåller två, och ibland till och med fyra, bilder av samma källa.

HoliCOW

1964, den norske astrofysikern Sjur Refsdal hade ett "a-ha"-ögonblick:När linsgalaxen är lite off-center, den ena vägen är längre än den andra. Det betyder att ljuset tar längre tid på den vägen. Så när det finns en variation av kvasarens ljusstyrka, denna blip kommer att synas i en bild före den andra. Skillnaden kan vara dagar, eller till och med veckor eller månader.

Denna tidsskillnad, Refsdal visade, kan också användas för att fastställa avstånd till kvasaren och linsen. Att jämföra dessa med rödförskjutningen av kvasarerna ger dig en oberoende mätning av Hubble-konstanten.

Ett forskningssamarbete under HoliCOW-projektet använde sex av dessa linser för att minska Hubble-konstanten till cirka 73. det finns komplikationer:förutom avståndsskillnaden, massan av förgrundsgalaxen utövar också en fördröjande effekt, beroende på den exakta massfördelningen. "Du måste modellera den distributionen, men många okända kvarstår, " säger Harvey. Sådana osäkerheter begränsar noggrannheten hos denna teknik.

Avbilda hela himlen

Detta kan förändras när ett nytt teleskop ser det första ljuset i Chile 2021. Vera Rubin-observatoriet är dedikerat till att avbilda hela himlen med några nätter, och förväntas avbilda tusentals dubbla kvasarer, erbjuder en chans att begränsa Hubble-konstanten ytterligare.

Harvey säger, "Problemet är att modellering av alla dessa förgrundsgalaxer individuellt är omöjligt beräkningsmässigt." Så istället, Harvey designade en metod för att beräkna den genomsnittliga effekten av en full fördelning på upp till 1, 000 linser.

"Isåfall, individuella egenskaper hos gravitationslinserna är inte så viktiga, och du behöver inte göra simuleringar för alla linser. Du måste bara se till att du modellerar hela befolkningen, säger Harvey.

"I tidningen, Jag visar att med detta tillvägagångssätt, felet i Hubbles konstanta tröskelvärden på 2 % när du närmar dig tusentals kvasarer."

Denna felmarginal kommer att tillåta en meningsfull jämförelse mellan flera Hubble konstantkandidater, och kan hjälpa till att förstå avvikelsen. "Och om du vill gå under 2%, du måste förbättra din modell genom att göra bättre simuleringar. Min gissning är att detta skulle vara möjligt."