Dessa galaxer är valda från ett Hubble Space Telescope-program för att mäta universums expansionshastighet, kallas Hubble-konstanten. Värdet beräknas genom att jämföra galaxernas avstånd med den skenbara recessionshastigheten bort från jorden (på grund av de relativistiska effekterna av att expandera rymden). Genom att jämföra den skenbara ljusstyrkan hos galaxernas röda jättestjärnor med närliggande röda jättar, vars avstånd mättes med andra metoder, astronomer kan avgöra hur långt bort var och en av värdgalaxerna är. Detta är möjligt eftersom röda jättar är pålitliga milstolpar eftersom de alla når samma toppljusstyrka i sin sena utveckling. Och, detta kan användas som ett "standardljus" för att beräkna avstånd. Hubbles utsökta skärpa och känslighet gjorde att röda jättar kunde hittas i värdgalaxernas stjärnglorier. De röda jättarna söktes efter i galaxernas glorier. Den mittersta raden visar Hubbles hela synfält. Den nedre raden zoomar ännu snävare in i Hubble-fälten. De röda jättarna identifieras av gula cirklar. Kredit:NASA, ESA, W. Freedman (University of Chicago), ESO, och den digitaliserade himmelsundersökningen
Astronomer har gjort en ny mätning av hur snabbt universum expanderar, använder en helt annan typ av stjärna än tidigare ansträngningar. Den reviderade mätningen, som kommer från NASA:s Hubble Space Telescope, hamnar i centrum för en hett omdebatterad fråga inom astrofysik som kan leda till en ny tolkning av universums grundläggande egenskaper.
Forskare har vetat i nästan ett sekel att universum expanderar, vilket betyder att avståndet mellan galaxer över universum blir allt större för varje sekund. Men exakt hur snabbt utrymmet sträcker sig, ett värde som kallas Hubble-konstanten, har förblivit envist svårfångad.
Nu, University of Chicago professor Wendy Freedman och kollegor har ett nytt mått på expansionshastigheten i det moderna universum, tyder på att utrymmet mellan galaxer sträcker sig snabbare än forskarna förväntar sig. Freedman's är en av flera nya studier som pekar på en gnagande diskrepans mellan moderna expansionsmätningar och förutsägelser baserade på universum som det var för mer än 13 miljarder år sedan, mätt av Europeiska rymdorganisationens Planck-satellit.
Eftersom mer forskning pekar på en diskrepans mellan förutsägelser och observationer, forskare funderar på om de kan behöva komma med en ny modell för universums underliggande fysik för att förklara det.
"Hubble-konstanten är den kosmologiska parametern som sätter den absoluta skalan, universums storlek och ålder; det är ett av de mest direkta sätten vi har att kvantifiera hur universum utvecklas, " sade Freedman. "Den diskrepans som vi såg tidigare har inte försvunnit, men dessa nya bevis tyder på att juryn fortfarande är ute på om det finns en omedelbar och övertygande anledning att tro att det finns något fundamentalt felaktigt i vår nuvarande modell av universum."
I en ny tidning som godkänts för publicering i The Astrophysical Journal , Freedman och hennes team tillkännagav en ny mätning av Hubble-konstanten med hjälp av en slags stjärna känd som en röd jätte. Deras nya observationer, gjord med Hubble, indikerar att expansionshastigheten för det närliggande universum är strax under 70 kilometer per sekund per megaparsec (km/sec/Mpc). En parsec motsvarar 3,26 ljusårs avstånd.
Denna mätning är något mindre än värdet på 74 km/sek/Mpc som nyligen rapporterades av Hubble SH0ES-teamet (Supernovae H0 for the Equation of State) som använder Cepheidvariabler, som är stjärnor som pulserar med jämna mellanrum som motsvarar deras högsta ljusstyrka. Det här laget, ledd av Adam Riess från Johns Hopkins University och Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, rapporterade nyligen att de förfinade sina observationer till den högsta precision hittills för deras Cepheid-avståndsmätningsteknik.
Hur man mäter expansion
En central utmaning för att mäta universums expansionshastighet är att det är mycket svårt att exakt beräkna avstånd till avlägsna objekt.
År 2001, Freedman ledde ett team som använde avlägsna stjärnor för att göra en landmärkesmätning av Hubble-konstanten. Hubble Space Telescope Key Project-teamet mätte värdet med hjälp av Cepheidvariabler som avståndsmarkörer. Deras program drog slutsatsen att värdet på Hubble-konstanten för vårt universum var 72 km/sek/Mpc.
Men på senare tid, forskare tog ett helt annat tillvägagångssätt:att bygga en modell baserad på den porlande strukturen av ljus som blev över från big bang, som kallas den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Planckmätningarna tillåter forskare att förutsäga hur det tidiga universum sannolikt skulle ha utvecklats till den expansionshastighet astronomer kan mäta idag. Forskare beräknade ett värde på 67,4 km/sek/Mpc, i betydande oenighet med hastigheten på 74,0 km/sek/Mpc uppmätt med Cepheidstjärnor.
Astronomer har letat efter allt som kan orsaka obalansen. "Naturligtvis, frågor uppstår om avvikelsen kommer från någon aspekt som astronomerna ännu inte förstår om stjärnorna vi mäter, eller om vår kosmologiska modell av universum fortfarande är ofullständig, " sa Freedman. "Eller kanske båda måste förbättras."
Freedmans team försökte kontrollera sina resultat genom att etablera en ny och helt oberoende väg till Hubble-konstanten med hjälp av en helt annan typ av stjärna.
Vissa stjärnor slutar sina liv som en mycket lysande typ av stjärna som kallas en röd jätte, ett utvecklingsstadium som vår egen sol kommer att uppleva miljarder år från nu. Vid en viss tidpunkt, stjärnan genomgår en katastrofal händelse som kallas en heliumblixt, där temperaturen stiger till cirka 100 miljoner grader och stjärnans struktur omarrangeras, vilket i slutändan dramatiskt minskar dess ljusstyrka. Astronomer kan mäta den skenbara ljusstyrkan hos de röda jättestjärnorna i detta skede i olika galaxer, och de kan använda detta som ett sätt att berätta sitt avstånd.
Hubble-konstanten beräknas genom att jämföra avståndsvärden med den skenbara recessionshastigheten för målgalaxerna – det vill säga hur snabbt galaxer verkar röra sig bort. Teamets beräkningar ger en Hubble-konstant på 69,8 km/sek/Mpc – över de värden som härleds av Planck- och Riess-teamen.
"Vår första tanke var att om det finns ett problem att lösa mellan cepheiderna och den kosmiska mikrovågsbakgrunden, då kan den röda jättemetoden vara tie-breaker, sa Freedman.
Men resultaten verkar inte starkt favorisera det ena svaret framför det andra säger forskarna, även om de ligger mer i linje med Planck-resultaten.
NASA:s kommande uppdrag, Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), planerad att lanseras i mitten av 2020-talet, kommer att göra det möjligt för astronomer att bättre utforska värdet av Hubble-konstanten över kosmisk tid. FÖRST, med sin Hubble-liknande upplösning och 100 gånger större utsikt över himlen, kommer att ge en mängd nya supernovor av typ Ia, Cepheidvariabler, och röda jättestjärnor för att i grunden förbättra avståndsmätningarna till galaxer nära och fjärran.
Hubble Space Telescope är ett projekt för internationellt samarbete mellan NASA och ESA (European Space Agency). NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, sköter teleskopet. Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland, bedriver Hubble vetenskapsverksamhet. STScI drivs för NASA av Association of Universities for Research in Astronomy i Washington, D.C.
