Denna samling av 36 bilder från NASA:s rymdteleskop Hubble visar galaxer som alla är värdar för både Cepheidvariabler och supernovor. Dessa två himmelsfenomen är båda avgörande verktyg som används av astronomer för att bestämma astronomiska avstånd, och har använts för att förfina vår mätning av Hubble-konstanten, universums expansionshastighet. Galaxerna som visas på detta foto (från översta raden, vänster till nedre raden, höger) är: NGC 7541, NGC 3021, NGC 5643, NGC 3254, NGC 3147, NGC 105, NGC 2608, NGC 3583, 3583, NGC 3583, 7 NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 4639, NGC 4639, NGC 3972 NG 8, NGC 3972 NG 8, NGC 3972 NG 8 , NGC 4424, NGC 1559, NGC 3982, NGC 1448, NGC 4680, M101, NGC 1365, NGC 7329 och NGC 3447. Kredit:NASA, ESA, Adam G. Riess, JHUSTScI
NASA:s Hubble Space Telescope har genomfört ett nästan 30-årigt maraton och har kalibrerat mer än 40 "milstolpemarkörer" av utrymme och tid för att hjälpa forskare att exakt mäta universums expansionshastighet - ett uppdrag med en plottwist.
Jakten på universums expansionshastighet började på 1920-talet med mätningar av astronomerna Edwin P. Hubble och Georges Lemaître. 1998 ledde detta till upptäckten av "mörk energi", en mystisk frånstötande kraft som accelererade universums expansion. Under de senaste åren, tack vare data från Hubble och andra teleskop, har astronomerna hittat en annan twist:en diskrepans mellan expansionshastigheten mätt i lokaluniversum jämfört med oberoende observationer från direkt efter big bang, som förutsäger ett annat expansionsvärde.
Orsaken till denna diskrepans förblir ett mysterium. Men Hubble-data, som omfattar en mängd olika kosmiska objekt som fungerar som avståndsmarkörer, stödjer tanken att något konstigt pågår, möjligen som involverar helt ny fysik.
"Du får det mest exakta måttet på expansionshastigheten för universum från guldstandarden för teleskop och kosmiska milmarkörer", säger nobelpristagaren Adam Riess från Space Telescope Science Institute (STScI) och Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland .
Riess leder ett vetenskapligt samarbete som undersöker universums expansionshastighet som kallas SHOES, som står för Supernova, H0, för ekvationen av tillståndet för mörk energi. "Det här är vad rymdteleskopet Hubble byggdes för att göra, med de bästa teknikerna vi vet för att göra det. Det här är sannolikt Hubbles magnum opus, eftersom det skulle ta ytterligare 30 år av Hubbles liv att ens fördubbla denna provstorlek," sa Riess .
Riesss teams papper, som kommer att publiceras i Special Focus-numret av The Astrophysical Journal rapporter om att slutföra den största och troligen sista stora uppdateringen av Hubble-konstanten. De nya resultaten mer än fördubblar det tidigare urvalet av kosmiska avståndsmarkörer. Hans team analyserade också alla tidigare data, med hela datasetet nu inklusive över 1 000 Hubble-banor.
När NASA tänkte ut ett stort rymdteleskop på 1970-talet, var en av de primära skälen till kostnaden och den extraordinära tekniska ansträngningen att kunna lösa Cepheider, stjärnor som lyser upp och dämpas periodvis, sett inuti vår Vintergatan och yttre galaxer. Cepheider har länge varit guldstandarden för kosmiska milmarkörer sedan deras användbarhet upptäcktes av astronomen Henrietta Swan Leavitt 1912. För att beräkna mycket större avstånd använder astronomer exploderande stjärnor som kallas supernovor av typ Ia.
Tillsammans byggde dessa objekt en "kosmisk distansstege" över universum och är avgörande för att mäta universums expansionshastighet, kallad Hubble-konstanten efter Edwin Hubble. Det värdet är avgörande för att uppskatta universums ålder och ger ett grundläggande test av vår förståelse av universum.
Med början direkt efter Hubbles lansering 1990, genomfördes den första uppsättningen observationer av Cepheid-stjärnor för att förfina Hubble-konstanten av två team:HST Key Project ledd av Wendy Freedman, Robert Kennicutt och Jeremy Mould, Marc Aaronson och en annan av Allan Sandage och kollaboratörer, som använde Cepheider som milstolpar för att förfina avståndsmätningen till närliggande galaxer. I början av 2000-talet förklarade teamen "uppdraget fullbordat" genom att nå en noggrannhet på 10 procent för Hubble-konstanten, 72 plus eller minus 8 kilometer per sekund per megaparsek.
År 2005 och igen 2009 lanserade tillägget av kraftfulla nya kameror ombord på Hubble-teleskopet "Generation 2" av Hubble-konstantforskningen när team satte sig för att förfina värdet till en noggrannhet på bara en procent. Detta invigdes av programmet SHOES. Flera team av astronomer som använder Hubble, inklusive SHOES, har konvergerat till ett Hubble konstant värde på 73 plus eller minus 1 kilometer per sekund per megaparsek. Medan andra tillvägagångssätt har använts för att undersöka Hubble-konstantfrågan, har olika team kommit fram till värden nära samma antal.
I SHOES-teamet ingår mångåriga ledare Dr Wenlong Yuan från Johns Hopkins University, Dr Lucas Macri från Texas A&M University, Dr Stefano Casertano från STScI och Dr Dan Scolnic från Duke University. Projektet utformades för att ställa in universum genom att matcha precisionen hos Hubble-konstanten som härleds från att studera den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som blivit över från universums gryning.
"The Hubble constant is a very special number. It can be used to thread a needle from the past to the present for an end-to-end test of our understanding of the universe. This took a phenomenal amount of detailed work," said Dr. Licia Verde, a cosmologist at ICREA and the ICC-University of Barcelona, speaking about the SHOES team's work.
The team measured 42 of the supernova milepost markers with Hubble. Because they are seen exploding at a rate of about one per year, Hubble has, for all practical purposes, logged as many supernovae as possible for measuring the universe's expansion. Riess said, "We have a complete sample of all the supernovae accessible to the Hubble telescope seen in the last 40 years." Like the lyrics from the song "Kansas City," from the Broadway musical Oklahoma, Hubble has "gone about as fur as it c'n go!"
Weird Physics?
The expansion rate of the universe was predicted to be slower than what Hubble actually sees. By combining the Standard Cosmological Model of the Universe and measurements by the European Space Agency's Planck mission (which observed the relic cosmic microwave background from 13.8 billion years ago), astronomers predict a lower value for the Hubble constant:67.5 plus or minus 0.5 kilometers per second per megaparsec, compared to the SHOES team's estimate of 73.
Given the large Hubble sample size, there is only a one-in-a-million chance astronomers are wrong due to an unlucky draw, said Riess, a common threshold for taking a problem seriously in physics. This finding is untangling what was becoming a nice and tidy picture of the universe's dynamical evolution. Astronomers are at a loss for an explanation of the disconnect between the expansion rate of the local universe versus the primeval universe, but the answer might involve additional physics of the universe.
Such confounding findings have made life more exciting for cosmologists like Riess. Thirty years ago they started out to measure the Hubble constant to benchmark the universe, but now it has become something even more interesting. "Actually, I don't care what the expansion value is specifically, but I like to use it to learn about the universe," Riess added.
NASA's new Webb Space Telescope will extend on Hubble's work by showing these cosmic milepost markers at greater distances or sharper resolution than what Hubble can see. + Utforska vidare
