Одна з найбільших космічних таємниць сучасності стосується розширення Всесвіту.
Протягом першого мільярда років історії нашого Всесвіту швидкість розширення Всесвіту сповільнюється, а віддалені галактики сповільнюються в стагнацію з нашої ери, оскільки щільність речовини та випромінювання зменшуються. Однак протягом останніх 6 мільярдів років віддалені галактики прискорюють свою стагнацію, і швидкість розширення, хоча й продовжує знижуватися, не прямує до нуля. Два різні способи вимірювання швидкості розширення дають суперечливі значення; Фактична швидкість розширення залишається суперечливою.
Кожен з двох основних методів дає відповіді з низькою похибкою, але не сумісні.
Виводячи нас за межі будь-якої попередньої обсерваторії, включаючи всі наземні телескопи на Землі, а також Хаббл, NASA JWST показав нам найдальші галактики у Всесвіті, які коли-небудь виявляли. Якщо ми адекватно відобразимо тривимірні положення спостережених і виміряних галактик, ми зможемо створити візуальний проліт через Всесвіт, як це дозволяють нам зробити дані CEERS від JWST. Виміряти швидкість розширення складно, оскільки різні методи дають різні та взаємно несумісні результати.
Відстежуючи еволюцію раннього реліктового сигналу, ми вимірюємо розширення 67 км/с/м2.
Ми можемо дивитися назад у всесвіт випадковим чином, якщо це дозволяють наші телескопи, і скупчення галактик має виявити конкретну шкалу відстані – акустичну шкалу, – яка має змінюватися з часом певним чином, так само, як акустичні «піки та западини» в космічний мікрохвильовий фон показує це. Масштаб теж. Еволюція цього масштабу з часом є раннім залишком, який показує низьку швидкість розширення приблизно 67 км/с/мільйон блоків.
Почавши зблизька та помітивши, що провисання збільшується з відстанню, ми вимірюємо 73 км/с/м на квадратний метр.
Побудова сходів космічної відстані передбачає переміщення від нашої Сонячної системи до зірок, до найближчих галактик, до далеких галактик. Кожен «щабель» несе в собі власну невизначеність, особливо щаблі, на яких з’єднуються різні «прогони» сходів. Однак нещодавні покращення в дистанційній драбині показали, наскільки сильними можуть бути його результати.
Ця розбіжність – “напруга Хаббла” – є недавньою космічною загадкою.
Нещодавні вимірювання напруги з драбини відстані (червоний) з ранніми даними сигналу від CMB і BAO (синій), показані для контрасту. Цілком імовірно, що ранній метод знаків є правильним і існує фундаментальний недолік у драбині відстані; Цілком імовірно, що існує невелика помилка, що зміщує ранній метод знаків, і шкала відстаней правильна, або що обидві групи правильні, і винуватцем є якась нова фізика (показана вище). Ідея ранньої форми темної енергії цікава, але це означає, що в ранні часи було більше темної енергії, і з тих пір вона (переважно) вимерла.
Багато хто міг би очікувати, що причиною може бути помилка ноти на стороні «драбини відстані».
У 2001 році існувало багато різних джерел похибок, які могли зміщувати найкращі драбинні вимірювання сталої Хаббла, тобто розширення Всесвіту, до значно вищих або нижчих значень. Завдяки сумлінній та уважній роботі багатьох це вже неможливо, оскільки кількість помилок значно зменшилася. Нова робота JWST, не показана тут, зменшила помилки, пов’язані з цефеїдами, і помилки періоду світності більше, ніж показано тут.
Ми починаємо зі спостереження за змінними зірками Цефеїди в межах Чумацького Шляху.
Змінна зірка RS Puppis, світло відлуння якої просвічує крізь міжзоряні хмари. Змінні зірки бувають багатьох різновидів. Одну з них, змінні цефеїди, можна виміряти як у нашій галактиці, так і в галактиках на відстані до 50-60 мільйонів світлових років від нас. Це дозволяє нам екстраполювати відстані від нашої галактики до далеких галактик у Всесвіті. Подібним чином можна використовувати зірки гілки RR Ліри та AGB.
Їхні точні відстані ми визначаємо за паралаксом.
Найближчі до Землі зірки матимуть циклічний рух відносно віддалених зірок, коли Земля рухається в космосі по орбіті навколо Сонця. Перед створенням геліоцентричної моделі ми шукали не «зрушення» з базовою лінією ~300 000 000 км протягом приблизно 6 місяців, а скоріше базову лінію ~12 000 км за одну ніч: діаметр Землі під час її обертання навколо своєї осі. Відстані до зірок були такими великими, що перший приціл із базовою лінією 300 мільйонів км був відкритий лише в 1830-х роках. Сьогодні ми виміряли паралакс понад мільярда зірок за допомогою місії Gaia Європейського космічного агентства.
Потім ми вимірюємо цефеїди в добре виміряних сусідніх галактиках.
Дві верхні панелі показують дві сусідні, багаті кленом галактики: NGC 4258 (ліворуч) і NGC 5584 (праворуч), з полем зору JWST, доданим поверх них. На нижніх панелях показано візуалізації JWST з індивідуально вибраними варіантами цефеїд, виділеними на кожному зображенні.
Нарешті, ми вимірюємо наднові типу Ia як всередині, так і за межами цих галактик, і зв’язуємо ці космічні «градуси».
Нещодавно в 2019 році було опубліковано лише 19 галактик, відстань яких виміряно змінними зірками цефеїд, у яких також спостерігалися наднові типу Ia. Тепер ми маємо вимірювання відстаней до окремих зірок у галактиках, які також приймали принаймні одну наднову типу Ia у 42 галактиках, 35 з яких мають чудові зображення від Хаббла. Ці 35 галактик показані тут.
Чи може помилка в цефеїдах зміщувати нашу виміряну швидкість розширення?
Використання драбини космічних відстаней означає об’єднання різних космічних масштабів, оскільки завжди хвилюється невизначеність, де з’єднуються різні «ланки» драбини. Як показано тут, ми зараз опустилися принаймні на три “прогони” по цій драбині, і весь набір вимірювань дивно добре узгоджується один з одним.
за Цефеїди, виміряні в сусідніх галактикахJWST досліджує цю можливість.
Ця сусідня спіральна галактика, NGC 4258 (також відома як Мессьє 106), знаходиться на відстані близько 20 мільйонів світлових років від нас, але містить багато відомих цефеїд, схожих на цефеїди, знайдені в Чумацькому Шляху. Це важлива галактика для калібрування шкали космічних відстаней.
галактичний годинник NGC 4258JWST не знайшов оптичного зміщення для Альгівіда.
На цьому зображенні показано багато змінних зірок цефеїд різних періодів у сусідній галактиці NGC 4258: галактиці, важливій для калібрування цефеїд і відстані. Нижні шість рядків показують ті самі зірки, виміряні Хабблом (сірі мітки) і JWST (фіолетові мітки) на різних довжинах хвиль. Вища роздільна здатність зображень JWST значно зменшує попередні помилки Хаббла, одночасно підтверджуючи та зберігаючи відповідність попереднім результатам.
Натомість він підтвердив і підкріпив попередні висновки космічного телескопа Хаббла.
На цьому складеному зображенні зображена спіральна галактика NGC 5584 із смугою та яскрава наднова SN 2007af усередині неї. Сусідні галактики з ідентифікованими змінними зірками цефеїд, у яких є принаймні одна наднова типу Ia, надзвичайно важливі для методу космологічної драбини відстаней для вимірювання Всесвіту, що розширюється.
Цефеїди в NGC 5584які вона теж мала A (епоха 2007) наднова типу Iaтакож не виявляючи упередженості.
На цьому графіку показано співвідношення між величиною яскравості змінних зірок цефеїди (вісь y) та періодом їх зміни (вісь х) у галактиках NGC 5584 (угорі) та NGC 4258 (внизу). Нові дані JWST відображаються червоним кольором, а старі дані Хаббла – сірим. Помилки та невизначеності цього співвідношення в обох галактиках було значно зменшено, головним чином завдяки вищій роздільній здатності JWST над роздільною здатністю Хаббла.
в Період відносин глянцюосновний інструмент калібрування для хронології, тепер точніший, ніж будь-коли.
Забезпечуючи краще розуміння змінних цефеїд у сусідніх галактиках NGC 4258 і NGC 5584, JWST ще більше зменшив невизначеність у відстанях до них. Найнижчі точки на графіку показують оцінку відстані до NGC 5584 на основі швидкості розширення, виведеної зі шкали відстаней (ліва сторона) і того, що очікується від раннього методу залишків (права сторона). Невідповідність велика і переконлива.
Завдяки своїй надзвичайній точності JWST зменшив будь-які невизначеності до їх абсолютних найменших значень.
Стандартні свічки (ліворуч) і стандартні лінійки (праворуч) — два різні методи, які астрономи використовують для вимірювання розширення простору в різні часи/відстані в минулому. Грунтуючись на тому, як такі величини, як світність або кутовий розмір, змінюються з відстанню, ми можемо зробити висновок про історію розширення Всесвіту. Використання свічкового методу є частиною драбини відстані, що дає 73 км/с/мільйон блоків. Використання лінійки є частиною методу ранньої індикації, що дає 67 км/с/Мпк. З новими даними JWST таємниця про швидкість розширення Всесвіту ще більше поглибилася.
Переважно Mute Monday розповідає астрономічну історію з малюнками та візуальними матеріалами та не більше ніж з 200 слів.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
