Frågan om hur snabbt universum expanderar har stört astronomer i nästan ett sekel. Olika studier kommer hela tiden med olika svar – vilket har fått vissa forskare att undra om de har förbisett en nyckelmekanism i maskineriet som driver kosmos.

Nu, genom att banbryta ett nytt sätt att mäta hur snabbt kosmos expanderar, ett team ledd av UCLA-astronomer har tagit ett steg mot att lösa debatten. Gruppens forskning publiceras idag i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

Kärnan i tvisten är Hubble-konstanten, ett tal som relaterar avstånd till galaxernas rödförskjutningar – mängden ljus sträcks ut när det färdas till jorden genom det expanderande universum. Uppskattningar för Hubble-konstanten sträcker sig från cirka 67 till 73 kilometer per sekund per megaparsek, vilket betyder att två punkter i rymden 1 megaparsek ifrån varandra (motsvarande 3,26 miljoner ljusår) rusar bort från varandra med en hastighet mellan 67 och 73 kilometer per sekund.

"Hubbles konstant förankrar universums fysiska skala, sa Simon Birrer, en UCLA-postdoktor och huvudförfattare till studien. Utan ett exakt värde för Hubble-konstanten, astronomer kan inte exakt bestämma storleken på avlägsna galaxer, universums ålder eller kosmos expansionshistoria.

De flesta metoder för att härleda Hubble-konstanten har två ingredienser:ett avstånd till någon ljuskälla och den ljuskällans rödförskjutning. Letar efter en ljuskälla som inte hade använts i andra forskares beräkningar, Birrer och kollegor vände sig till kvasarer, fontäner av strålning som drivs av gigantiska svarta hål. Och för deras forskning, forskarna valde en specifik delmängd av kvasarer - de vars ljus har böjts av gravitationen hos en mellanliggande galax, som producerar två sida vid sida bilder av kvasaren på himlen.

Ljuset från de två bilderna tar olika vägar till jorden. När kvasarens ljusstyrka fluktuerar, de två bilderna flimrar en efter en, snarare än samtidigt. Tidsfördröjningen mellan dessa två flimmer, tillsammans med information om den inblandande galaxens gravitationsfält, kan användas för att spåra ljusets resa och härleda avstånden från jorden till både kvasaren och förgrundsgalaxen. Att känna till rödförskjutningarna av kvasaren och galaxen gjorde det möjligt för forskarna att uppskatta hur snabbt universum expanderar.

UCLA-teamet, som en del av det internationella H0liCOW-samarbetet, hade tidigare tillämpat tekniken för att studera kvasarer med fyrdubbla bilder, där fyra bilder av en kvasar visas runt en förgrundsgalax. Men fyrdubbla bilder är inte alls lika vanliga – dubbelbilds kvasarer tros vara ungefär fem gånger så många som de fyrdubbla.

För att demonstrera tekniken, det UCLA-ledda teamet studerade en dubbelbildad kvasar känd som SDSS J1206+4332; de förlitade sig på data från rymdteleskopet Hubble, Tvillingarna och W.M. Keck observatorier, och från den kosmologiska övervakningen av gravitationslinser, eller COSMOGRAIL, nätverk – ett program som hanteras av schweiziska Ecole Polytechnique Federale de Lausanne som syftar till att bestämma Hubble-konstanten.

Tommaso Treu, en UCLA-professor i fysik och astronomi och tidningens seniorförfattare, sa forskarna tog bilder av kvasaren varje dag i flera år för att exakt mäta tidsfördröjningen mellan bilderna. Sedan, för att få bästa möjliga uppskattning av Hubble-konstanten, de kombinerade data som samlats in om den kvasaren med data som tidigare hade samlats in genom deras H0liCOW-samarbete om tre kvadruptionsavbildade kvasarer.

"Det fina med denna mätning är att den är mycket komplementär till och oberoende av andra, sa Treu.

Det UCLA-ledda teamet kom fram till en uppskattning för Hubble-konstanten på cirka 72,5 kilometer per sekund per megaparsek, en siffra i linje med vad andra forskare hade bestämt i forskning som använde avstånd till supernovor – exploderande stjärnor i avlägsna galaxer – som nyckelmåttet. Dock, båda uppskattningarna är cirka 8 procent högre än en som förlitar sig på ett svagt sken från hela himlen som kallas den kosmiska mikrovågsbakgrunden, en relik från 380, 000 år efter Big Bang, när ljuset färdades fritt genom rymden för första gången.

"Om det finns en faktisk skillnad mellan dessa värden, det betyder att universum är lite mer komplicerat, sa Treu.

Å andra sidan, Treu sa, det kan också vara så att en mätning – eller alla tre – är fel.

Forskarna letar nu efter fler kvasarer för att förbättra precisionen i deras Hubble-konstantmätning. Treu sa att en av de viktigaste lärdomarna av den nya uppsatsen är att kvasarer med dubbla bilder ger forskare många fler användbara ljuskällor för deras Hubble-konstantberäkningar. Tills vidare, fastän, det UCLA-ledda teamet fokuserar sin forskning på 40 kvasarer med fyrdubbla bilder, på grund av deras potential att ge ännu mer användbar information än dubbelbildade.