01 декември 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Отклонението на звездната светлина измерва разширяването на Вселената (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 19 ноември 2020 в 00:09 13311
Звездната светлина достига Земята по различни пътища. Кредит: David Harvey/Universiteit van Leiden

Това е един от големите дебати в космологията: Вселената се разширява, но колко бързо?

Два налични метода за измерване дават различни резултати. Но има и трети, независим метод за измерване, основан на отклонението на светлината от галактиките, подобрен от Дейвид Харви (David Harvey), физик от Университета в Лайден.

От близо век знаем, че Вселената се разширява. Астрономите са установили, че светлината от далечните галактики има по-малка дължина на вълната от галактиките, които са по-близо. Техните светлинни вълни изглеждат разтегнати или червено отместени, което означава, че тези галактики се отдалечават от нас.

Астрономите знаят колко далеч са тези галактики, благодарение на тяхната яркост. Някои свръхнови, експлодиращи звезди, имат фиксирана яркост, която може да се прогнозира добре. Това дава възможност да се изчисли разстоянието до тях - колкото по-далеч е галактиката, толкова по-малко ярка изглежда свръхновата. 

Това разстояние може отново да бъде свързано с червеното отместване или скоростта, която дава мярка за разширяване на Вселената, константата на Хъбъл:  73 km/s/Mpc. Това означава, че за всяко разстояние от 1 мегапарсек (един парсек е 3,3 светлинни години) скоростта, с която една галактика се отдалечава от нас, е 73 км/сек.

Ако гравитационната леща не е съвсем центрирана, едната траектория е по-дълга от другата. Кредит:  David Harvey/Universiteit van Leiden

Гравитационни лещи

Все по-точните измервания на космическия микровълнов фон, остатък от светлината в най-ранната Вселена, дават различна константа на Хъбъл - около 67 километра в секунда на мегапарсек.

Как е възможно това? Откъде идва тази разлика? И би ли могла и тази разлика да ни каже нещо ново за Вселената и физиката?

„Ето защо се появи третото измерване, независимо от другите две: гравитационните лещи“, коментира физикът Дейвид Харви.

За този метод Харви публикува статия в списанието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Светлината от далечната звезда, минавайки по различни пътища покрай гравитационната леща, пристига по различно време, което позволява измерването на разстоянието. Кредит: David Harvey/Universiteit van Leiden

Айнщайн

Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн прогнозира, че всяка концентрация на маса, като галактика, може да отклонява светлината подобно на леща. Когато такава галактика е точно пред ярък източник на светлина, светлината се огъва около нея, така че достига Земята по различни пътища. Това дава две, а понякога дори четири изображения на един и същ източник на светлина. 

През 1964 г. норвежкият астрофизик Сюр Рефсдол (Sjur Refsdal) получава прозрението, че ако галактиката, която служи за леща, не е точно центрирана, единият от тези пътища ще е по-дълъг от другия. Това означава също, че на светлината ще й трябва повече време да измине това разстояние. Така че, ако има промяна в яркостта на източника на светлина, например квазар, това излъчване ще бъде видимо по-рано в едно от изображенията, отколкото в друго. Разликата във времето може да бъде дни, седмици и дори месеци.

Рефсдол показа, че разликата във времето може да се използва от астрономите за изчисляване на разстоянията до източника. Когато се комбинира с червеното отместване на източника, това дава трето измерване на константата на Хъбъл, независимо от другите две.

Сравнението между разстоянието и червеното отместване/скорост определя константата на Хъбъл. Кредит: David Harvey/Universiteit van Leiden

HoliCOW

Изследователската колаборация HoliCOW прави измервания на шест такива лещи за по-дълъг период от време и стигат до стойност на константата на Хъбъл от около 73, която е близка до измерванията с помощта на свръхнови. Но има усложнения: масата на галактиката на лещата също влияе на разликата във времето, в зависимост от точното разпределение на масата.

„Трябва да се моделирате това разпределение, но остават още много неизвестни фактори“, обяснява Дейвид Харви. Тези несигурности ограничават точността на тази техника.

Това трябва да се промени с пускането на новия телескоп в Чили през 2021 г., който ще картографира цялото звездно небе на всеки няколко нощи. Очаква се тази обсерватория, наречена "Вера Рубин", да открие хиляди двойни квазари и заедно с това възможността за допълнително уточняване на константата на Хъбъл.

 

Хиляди гравитационни лещи

"Проблемът е, че моделирането на всички тези лещи от различни галактики е невъзможно с наличната изчислителна мощност", пояснява Харви. Затова Харви разработва метод за изчисляване на средния ефект от разпределенията на масите на хиляди гравитационни лещи.

"По този начин отделните детайли на гравитационните лещи не са толкова важни и не е нужно да бъдат симулирани поотделно. Всъщност моделираме цялата популация от гравитационни лещи“, обяснява Харви.

"В статията показвам, че s този подход грешките в константата на Хъбъл е сведена под прага от 2 процента, ако се вземат данните от хиляди галактики."

Този марж на грешка ще позволи смислено сравнение между различните константи на Хъбъл и дори може да помогне да се разбере разликата.

„И ако искате да слезете под тези 2 процента, трябва да подобрите модела още повече с по-добри симулации“, коментира Харви, „очаквам, че това е възможно“.

Справка: David Harvey, ‘A 4 per cent measurement of H0 using the cumulative distribution of strong lensing time delays in doubly imaged quasars’, MNRAS 498, 2871–2886 (2020) doi:10.1093/mnras/staa2522 

Източник: Gravitational Lenses measure Universe Expansion, Universiteit van Leiden


PetarD
Рейтинг : 7558
19.11 2020 в 23:03 1
+ 0
- 0
"Астрономите са установили, че светлината от далечните галактики има по-малка дължина на вълната от галактиките, които са по-близо."
Хмммгггмммм!!!???!?!!!
 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.