Pontosították az Univerzum tágulását leíró Hubble-állandót

2406

Nem telt még el egy évszázad sem azóta, hogy Edwin Hubble amerikai csillagász távoli galaxisok megfigyelésével kimutatta a Világegyetem tágulását. Vizsgálatai szerint a galaxisok távolodási sebessége (amit a felvett színképekben lévő vonalak vöröseltolódásából lehet kiszámolni) egyenesen arányos azok távolságával – a két mennyiséget összekötő állandó értékét az utókor az amerikai tudósról nevezte el.

Maga Hubble csak néhány galaxis észleléséből vonta le következtetéseit, s így értelemszerűen a tágulási állandó értékére is csak elég nagy hibahatárral tudott becslést tenni. A következő évtizedekben folyamatosan fejlődtek a távcsövek és az észlelési technikák, azonban a Hubble-konstans pontosabb meghatározása nagy kihívás elé állította a csillagászokat: az állandó értékének bizonytalansága a nyolcvanas években még elérte a kettes faktort (vagyis 50 és 100 km/s/Mpc között bármi elképzelhető volt…)!

Átütő fejlődést csak az elmúlt két évtized, főként a nagy érzékenységű űrtávcsövek (köztük a Hubble Űrtávcső) megjelenése hozott. 2001-re a Hubble-állandó értékét a szintén Hubble nevét megörökítő űrteleszkóp mérései révén kb. 10% pontossággal sikerült megállapítani (72,0±8,0 km/s/Mpc). Ehhez ún. cefeida típusú pulzáló változócsillagok vizsgálatára volt szükség. A cefeidák pulzációs periódusa ugyanis jól leírható módon függ a csillagok abszolút fényességétől – ez pedig a látszó fényesség ismeretében (megbecsülve a csillagközi fénygyengülés mértékét) lehetővé teszi a távolságbecslést. Nyolc éve a kutatók az addigi legtávolabbi cefeidák űrtávcsöves megfigyelési adatait vetették össze a korábbi, földfelszíni távcsövek hasonló típusú csillagokra vonatkozó adatsoraival, s így tudták pontosabbra kalibrálni ezt a fajta távolságbecslési eljárást.

Időközben – egészen pontosan 1998-ban – kiderült, hogy távoli szupernóvák vizsgálatai alapján az Univerzum gyorsulva tágul, amit egy ismeretlen eredetű, a gravitációs vonzóerővel ellentétes hatású "erőhatás" létéhez kötöttek (ez az ún. sötét energia). Ez azt is jelenti, hogy a Hubble-"állandó" értéke időben változik, s így nem tekinthető igazi konstansnak (a nagyon közeli ill. nagyon távoli galaxisok vizsgálatánál semmiképp) – ugyanakkor a kozmológiai modellek kiszámításánál továbbra is fontos paraméter maradt.

Ezek a felismerések további inspirációt adtak a kutatóknak, hogy minél pontosabban meghatározzák a Hubble-konstans (H0) értékét. A mikrohullámú háttérsugárzás fluktuációit vizsgáló WMAP űrszonda eredményei szerint H0 = 70,8 km/s/Mpc, a hibahatár pedig 1,6 vagy 4,0 km/s/Mpc (attól függően, hogy síknak vagy görbültnek vesszük-e az Univerzum geometriáját). Ez már pontosabb eredmény, ugyanakkor modellfüggő – a szakemberek pedig szerették volna az eredeti, galaxisok távolságmérésén alapuló módszerrel is lejjebb faragni a 10 százalékos hibabecslési határt.

Az áttörés végül az A. Riess (STScI / Johns Hopkins University) vezette kutatócsoportnak sikerült, akik május 7-én jelentették be a nagyszerű eredményt (Dr. Riess egyike volt azon kutatóknak, akik 11 évvel ezelőtt felfedték a gyorsuló tágulást). A kutatók ismét a Hubble Űrtávcső képességeit vették igénybe, egy három lépcsős megfigyelési program során. A tudósok első lépésben ezúttal is cefeidák periódus-fényesség relációját használták fel (hét galaxis összesen 240 cefeida csillaga esetében) – azonban nem a látható fény, hanem a közeli infravörös sugárzás tartományában (az elmúlt években ugyanis kiderült, hogy utóbbi hullámhossztartományban kisebb hibafaktorokkal érvényes ez az összefüggés).
A hét galaxis egyike, az NGC 4258 távolsága rádiócsillagászati mérések révén jól ismert, így megfelelő kalibrátorként szolgált. A további hat galaxisban pedig – a cefeidák mellett – Ia típusú szupernóvák is találhatóak, melyek szintén fontos objektumok az extragalaktikus távolságbecslések során. Második lépésként a kétféle távolságmérési eljárás eredményeit hasonlították össze az említett hat galaxis esetében.

Végül az Ia típusú szupernóvák újrakalibrált távolságbecslési metódusát használták fel távoli, szintén ilyen szupernóvákat tartalmazó galaxisok vizsgálatánál. Ezeket a szupernóvákat korábban ún. standard távolságmérési objektumokként tartották számon, mivel mindig azonos jellegű folyamat – egy kettős rendszerben lévő fehér törpecsillag adott tömeghatárnál történő összeomlása – hozza létre őket. Bár ez az elképzelés az utóbbi pár évben jóval árnyaltabb lett, megfelelően alapos kalibrációs lépések elvégzése árán az Ia-típusú szupernóvák továbbra is az egyik legjobb lehetőséget jelentik a távoli galaxisok távolságmérésére.

Az NGC 3021 a hat galaxis egyike, mely vizsgálható cefeidákat és egy Ia-típusú szupernóvát is tartalmaz – előbbiek a négyzetekben láthatóak, míg a szupernóva 1995-ben tűnt fel (a HST felvétele, a négyzetek a NICMOS közeli infravörös kamera képei).

A. Riess és munkatársai módszerének vázlatos bemutatása: 1. Egy közeli, ismert távolságú galaxisban lévő cefeidák távolságkalibrációja. 2. Az előző kalibráció felhasználásával vizsgált, cefeidákat és Ia-típusú szupernóvákat is tartalmazó galaxisok távolságmérése. 3. Ia-típusú szupernóvák távoli szülőgalaxisainak távolságbecslése az első két lépés alapján kalibrált módon, a Hubble-állandó meghatározása (NASA, ESA, A. Feild (STScI)).

Riess és csoportja végül 74,2±3,6 km/s/Mpc-es értéket állapított meg H0-ra. Ez egyrészt 5 százalékos pontosságnál is jobb becslés, másrészt összhangban van a sötét energia létét feltételező, egyéb mérési eljárások során kapott számokkal. A hibahatárok szűkítése egyrészt annak köszönhető, hogy különböző objektumok távolságai alapján kalibrált módszert használtak, másrészt annak, hogy az összes mérést ugyanazon távcső ill. detektoregyüttes végezte. A kutatók következő célkitűzése, hogy egy százalék alá szorítsák a Hubble-konstans értékének bizonytalanságát – tovább pontosítva ez által a kozmológiai modelleket, valamint szűkítve a sötét energia magyarázataként szóba jöhető lehetőségek listáját.

A. Riess és munkatársai két cikkben mutatják be eredményeiket az Astrophysical Journal c. folyóiratban.

Forrás: HubbleSite Newscenter, 2009.05.07.

Hozzászólás

hozzászólás