Ända sedan astronomen Edwin Hubble visade att ju längre bort två galaxer är, ju snabbare de rör sig ifrån varandra, forskare har mätt universums expansionshastighet (Hubbles konstant) och historien om denna expansion. Nyligen, ett nytt pussel har dykt upp, eftersom det verkar finnas en diskrepans mellan mätningar av denna expansion med hjälp av strålning i det tidiga universum och användning av närliggande objekt. Forskare från Cosmic Dawn Center, vid Niels Bohr Institutet, Köpenhamns universitet, har nu bidragit till denna debatt genom att fokusera på hastighetsmätningar. Resultatet har publicerats i Astrofysisk tidskrift .

Forskarna vid Cosmic Dawn Center fann att mätningarna av hastighet som används för att bestämma universums expansionshastighet kanske inte är tillförlitliga. Som anges i publikationen, detta löser inte avvikelserna, utan snarare antyder en ytterligare inkonsekvens i universums sammansättning.

Mätning av universums expansionshastighet

För närvarande, astronomer mäter universums expansion med två mycket olika tekniker. Den ena är baserad på att mäta förhållandet mellan avstånd och hastighet för närliggande galaxer, medan den andra härrör från att studera bakgrundsstrålningen från det mycket tidiga universum. Förvånande, dessa två tillvägagångssätt har för närvarande olika expansionshastigheter. Om denna diskrepans är verklig, en ny och ganska dramatisk omtolkning av universums utveckling blir konsekvensen. Dock, det är också möjligt att skillnaden i Hubble-konstanten kan bero på felaktiga mätningar. Det är svårt att mäta avstånd i universum, så många studier har fokuserat på att förbättra och omkalibrera avståndsmätningar. Men trots detta, under de senaste fyra åren har oenigheten inte lösts.

Hastigheten för avlägsna galaxer är lätt att mäta - eller så trodde vi

I den senaste vetenskapliga artikeln, forskarna från Cosmic Dawn Center försöker nu belysa ett relaterat problem:mätning av hastighet. Beroende på hastigheten med vilken ett avlägset föremål rör sig bort från oss, dess ljus skiftar till rödare färger. Med denna så kallade rödförskjutning är det möjligt att mäta hastigheten från ett spektrum av en avlägsen galax. Till skillnad från mätningar av avstånd, fram tills nu antogs det att hastigheter var relativt lätta att mäta.

Dock, när forskarna nyligen undersökte avstånds- och hastighetsmätningar från mer än 1000 supernovor (exploderande stjärnor) som samlats in under de senaste 25 åren, de hittade en överraskande diskrepans i sina resultat. Albert Sneppen, Masterstudent vid Niels Bohr Institute förklarar:"Vi har alltid trott att mätning av hastigheter var ganska enkel och exakt, men det visar sig att vi faktiskt har att göra med två typer av rödförskjutningar."

Den första typen, mäta hastigheten med vilken värdgalaxen rör sig bort från oss, anses vara den mest pålitliga. Den andra typen av rödförskjutning mäter istället hastigheten för materia som kastas ut från den exploderande stjärnan inuti galaxen. Eller, mer exakt, materien från supernovan som rör sig mot oss med några procent av ljusets hastighet (illustration 1). Efter att ha kompenserat för denna extra rörelse kan värdgalaxens rödförskjutning – och hastighet – bestämmas. Men denna kompensation kräver en exakt modell för explosionen. Forskarna kunde fastställa att resultaten från dessa två olika tekniker resulterar i två olika expansionshistorier för universum, och därför två olika sammansättningar också.

Är saker "trasiga på ett intressant sätt?"

Så, betyder detta att mätningarna av det tidiga universum och nyare mätningar i slutändan är en fråga om oprecisa mätningar av hastighet? Antagligen inte, säger Bidisha Sen, en av artikelförfattarna. "Även om vi bara använder de mer pålitliga rödskiftningarna, supernovamätningarna fortsätter inte bara att inte överensstämma med Hubble-konstanten mätt från det tidiga universum – de antyder också en mer allmän diskrepans angående universums sammansättning, " hon säger.

Docent vid Niels Bohr Institutet Charles Steinhardt, är fascinerad av dessa nya resultat. "Om vi ​​faktiskt har att göra med två meningsskiljaktigheter, det betyder att vår nuvarande modell skulle "brytas på ett intressant sätt, " säger han. "För att lösa två problem, en angående universums sammansättning och en angående universums expansionshastighet, Det krävs ganska andra fysiska förklaringar än om vi bara vill förklara en enda avvikelse i expansionshastigheten."

Det vetenskapliga arbetet fortsätter vid Nordic Optical Telescope

Med det nordiska optiska teleskopet på Gran Canaria skaffar forskarna nu nya rödförskjutningar från värdgalaxerna. När de jämför dessa resultat med supernovabaserade rödförskjutningar, de kommer att kunna se om de två teknikerna förblir olika. "Vi har lärt oss att dessa känsliga mätningar kräver exakta mätningar av hastighet, och dessa kommer att kunna uppnås med nya observationer, " förklarar Steinhardt.