Ett team av medarbetare från Carnegie och University of Chicago använde röda jättestjärnor som observerades av rymdteleskopet Hubble för att göra en helt ny mätning av hur snabbt universum expanderar, kastar sina hattar i ringen av en hett omtvistad debatt. Deras resultat - som ligger rakt mellan de två föregående, konkurrerande värden—kommer att publiceras i Astrofysisk tidskrift .

För nästan ett sekel sedan, Carnegie-astronomen Edwin Hubble upptäckte att universum har vuxit kontinuerligt sedan det exploderade under Big Bang. Men exakt hur snabbt den rör sig – ett värde som kallas Hubble-konstanten till hans ära – har förblivit envist svårfångad.

Hubble-konstanten hjälpte forskare att skissa på universums historia och struktur och en korrekt mätning av den kan avslöja eventuella brister i denna rådande modell.

"Hubble-konstanten är den kosmologiska parametern som sätter den absoluta skalan, storlek, och universums ålder; det är ett av de mest direkta sätten vi har att kvantifiera hur universum utvecklas, " sa huvudförfattaren Wendy Freedman vid University of Chicago, som började detta arbete på Carnegie.

Tills nu, det har funnits två primära verktyg för att mäta universums expansionshastighet. Tyvärr, deras resultat stämmer inte överens och spänningen mellan de två siffrorna har bestått även när varje sida gör allt mer exakta avläsningar. Dock, är det möjligt att skillnaden mellan de två värdena beror på systemiska felaktigheter i en eller båda metoderna, sporrar forskargruppen att utveckla sin nya teknik.

En metod, pionjär på Carnegie, använder stjärnor som kallas Cepheider, som pulserar med jämna mellanrum. Eftersom hastigheten med vilken de pulsar är känd för att vara relaterad till deras inneboende ljusstyrka, astronomer kan använda sin ljusstyrka och perioden mellan pulserna för att mäta sina avstånd från jorden.

"Från fjärran kan två klockor mycket väl tyckas vara samma, att lyssna på deras toner kan avslöja att man faktiskt är mycket större och mer avlägsen, och den andra är mindre och närmare, " förklarade Carnegies Barry Madore, en av tidningens medförfattare. "Likaså, Att jämföra hur ljusa avlägset Cepheider verkar vara med ljusstyrkan hos närliggande Cepheider gör det möjligt för oss att avgöra hur långt borta var och en av stjärnornas värdgalaxer är från jorden."

När ett himlaobjekts avstånd är känt, en mätning av hastigheten med vilken den rör sig bort från oss avslöjar universums expansionshastighet. Förhållandet mellan dessa två siffror - hastigheten dividerat med avståndet - är Hubble-konstanten.

Den andra metoden använder efterglöden som blev över från Big Bang. Kallas kosmisk bakgrundsstrålning, det är det äldsta ljuset vi kan se. Mönster av kompression i det tjocka, soppig plasma som babyuniversumet bestod av kan fortfarande ses och kartläggas som små temperaturvariationer. Dessa krusningar, dokumenterar universums första ögonblick, kan köras framåt i tiden genom en modell och användas för att förutsäga dagens Hubble-konstant.

Den tidigare tekniken säger att universums expansionshastighet är 74,0 kilometer per sekund per megaparsek; den senare säger att det är 67,4. Om det är sant, diskrepansen kan förebåda ny fysik.

Ange det tredje alternativet.

Carnegie-Chicago Hubble-programmet, ledd av Freedman och inklusive Carnegie-astronomerna Madore, Christopher Burns, Mark Phillips, Jeff Rich, och Mark Seibert – såväl som Carnegie-Princeton-kollegan Rachael Beaton – utvecklade ett nytt sätt att beräkna Hubble-konstanten.

Deras teknik är baserad på en mycket lysande klass av stjärnor som kallas röda jättar. Vid en viss tidpunkt i deras livscykel, heliumet i dessa stjärnor antänds, och deras strukturer omarrangeras av denna nya energikälla i deras kärnor.

"Precis som ropet från en lomm är omedelbart igenkännligt bland fågelropen, toppljusstyrkan för en röd jätte i detta tillstånd är lätt differentierad, Madore förklarade. "Detta gör dem till utmärkta standardljus."

Teamet använde sig av Hubble Space Telescopes känsliga kameror för att söka efter röda jättar i närliggande galaxer.

"Tänk på det som att skanna en folkmassa för att identifiera den längsta personen - det är som den ljusaste röda jätten som upplever en heliumblixt, " sa Burns. "Om du levde i en värld där du visste att den längsta personen i vilket rum som helst skulle ha exakt samma höjd - eftersom vi antar att den ljusaste röda jättens högsta ljusstyrka är densamma - kan du använda den informationen för att berätta för dig hur långt borta den längsta personen är från dig i en viss folkmassa."

När avstånden till dessa nyfunna röda jättar är kända, Hubble-konstanten kan beräknas med hjälp av ett annat standardljus – typ Ia-supernovor – för att minska osäkerheten som orsakas av de röda jättarnas relativa närhet till oss och utöka vår räckvidd ut i det mer avlägsna Hubble-flödet.

Enligt metoden med den röda jätten är universums expansionshastighet 69,8 – vilket faller provocerande mellan de två tidigare bestämda siffrorna.

"Vi är som den där gamla låten, 'Fast i mitten med dig, "" skämtade Madore. "Finns det en kris i kosmologin? Vi hade hoppats på att bli en tiebreaker, men för nu är svaret:inte så snabbt. Frågan om universums standardmodell är komplett eller inte återstår att besvara."