Незважаючи на століття вимірювань, астрономи не можуть дійти згоди щодо швидкості розширення Всесвіту. Метод, що заснований на вимірюванні відстаней до певного типу старих зір в інших галактиках, під назвою Джі-ділянка асимптотичного відгалуження гігантів (J-region Asymptotic Giant Branch) або метод JAGB, — може в цьому допомогти.
Астрофізик та аспірантка Чиказького університету Ебігейл Лі (Abigail Lee) ― головний автор статті в якій вміщено результати аналізу випромінювання з сусідньої галактики для підтвердження того, що метод JAGB придатний для вимірювання космологічних відстаней. Ця нова техніка дасть змогу в майбутньому виконувати незалежні вимірювання відстані, які можуть допомогти відповісти на одне з найбільших питань у космології: як швидко розширюється Всесвіт?
«Одне з найцікавіших питань у космології сьогодні — чи існує нова фізика, тобто невідома досі в нашому сучасному розумінні того, як розвивається Всесвіт. Сучасна невідповідність у вимірюваннях значення сталої Габбла може свідчити про нову фізичну властивість Всесвіту або, що значно простіше, вказувати на неточності в самих вимірюваннях», — сказала Венді Л. Фрідман (Wendy L. Freedman), професор астрономії та астрофізики Університету Джона і Маріон Салліван. «Існує дуже мало методів для вимірювання відстаней, які можуть забезпечити потрібну точність. Лі розробляє цей новий метод JAGB, який є перспективним для вирішення цієї невідповідності».
Ключ до історії Всесвіту
Ще в 1920 р. Едвін Габбл вперше помітив взаємозв’язок між відстанню до галактики та тим, як швидко вона віддаляється від нас. Це значення, відоме нині як стала Габбла, є основним параметром у космологічних моделях.
Спершу Габбл визначив значення цієї сталої, порівнявши відстані до галактик та їхні швидкості, отримані на підставі спостережень зір, що регулярно пульсують. Вимірювання за допомогою прямих методів, зокрема й того, який застосовував Габбл, значно покращилися за останні десятиліття. Однак значення сталої Габбла, визначене за допомогою цих методів, не збігається із її значенням, яке визначають зі спостережень космічного мікрохвильового фону ― випромінювання від часу, коли Всесвіт був дуже молодим. Цю розбіжність називають напруження Габбла (Hubble tension) і вона є однією з найсуттєвіших проблем сучасної космології.
Незалежний метод вимірювання може допомогти подолати розбіжність між методами та привести до більш чіткого уявлення про значення сталої Габбла, яке астрономи вимірюють прямо на основі визначення відстаней, зазначають автори.
Ось тут і згодиться метод JAGB. Зорі в Джі-ділянці асимптотичного відгалуження гігантів ― це специфічний тип відносно старих гігантів, які містять значну кількість вуглецю в атмосфері. Цей елемент виходить на поверхню завдяки конвекційним потокам і надає зорям дуже чіткого кольору та яскравості, що дає змогу їх ідентифікувати серед інших зір у галактиці.
«Ми зі спостережень з’ясували, що ці зорі мають однакову світність від галактики до галактики», — сказала Лі.
Телескопи Магеллана в обсерваторії Лас-Кампанас, Чилі, збирають дані про нічне небо. Фото з сайту https://phys.org.
Це робить їх головними кандидатами на те, що астрономи називають стандартними свічками. Оскільки видима зоряна величина зорі, яку ми спостерігаємо, залежить як від відстані від спостерігача, так і від її світності, знання останньої може дозволити астрономам зробити висновок про відстань до зорі.
«Оскільки запропонований метод є відносно новим, метою цього проєкту було визначити, чи може він конкурувати в точності й надійності вимірювання відстані з іншими методами», ― сказала Лі.
Йдемо до зір перевіряти
Науковці дібрали галактику на околиці найближчої групи галактик, яка називається Вольф-Лундмарк-Мелотта (Wolf-Lundmark-Melott) або WLM, і використовувала дані, отримані зі спостережень за допомогою телескопів Магеллана в обсерваторії Лас-Кампанас в Чилі. Використовуючи один об’єкт як ціль та застосовуючи чотири різні незалежні методи вимірювання, наукова група могла порівняти точність та надійність методу JAGB із раніше розробленими методами.
Проаналізувавши дані чотирма різними способами, дослідники встановили: метод JAGB — це не тільки незалежна перевірка інших методів вимірювання відстані, але й те, що він вимагає менше часу на спостереження ― дефіцитний товар серед спільноти астрономів, які змагаються за час на обмеженій кількості великих телескопів.
Оскільки зорі JAGB яскравіші за ті, що використовують в інших методах вимірювання відстані, їх можна бачити на більших відстанях від Землі. Це дасть змогу виконати калібрування методу на більших відстанях, ніж це можливо за допомогою інших методів. Крім того, зорі JAGB містяться у всіх типах галактик, на відміну від пульсуючих зір, які використовував Габбл. Такі зорі (цефеїди) трапляються лише в обмеженій підмножині спіральних галактик і спостерігати їх часто заважають скупчення інших зір та пил.
«В ідеалі було б добре мати спостереження за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба та Космічного телескопа імені Габбла, щоб цим методом виміряти відстані до галактик, які містять наднові типу Ia», — сказала Лі. Наднові типу Ia використовують в астрономії для вимірювання відстаней до віддалених галактик, але значення цих відстаней потрібно калібрувати за допомогою вимірювань менших відстаней, виконаних такими методами, як метод JAGB. «Після того, як ми це зробимо, ми зможемо не лише виміряти сталу Габбла, але й порівняти різні методи вимірювання відстані, щоб побачити, чи є проблеми з будь-яким із них».
Лі зазначила, що поки астрономи не з’ясували причину розбіжності значення сталої Габбла, виміряної різними методами, «це справді важлива робота, яка допоможе вирішити одну з найбільших проблем в сучасній космології».
За інф. з сайту https://phys.org
