Das James-Webb-Weltraumteleskop hat die Expansionsrate des Universums gemessen, und die Ergebnisse sind keine gute Nachricht für die größte Krise der Kosmologie.
Dieses Ergebnis steht im Einklang mit Messungen des Hubble-Weltraumteleskops. Das bedeutet, dass an den Hubble-Daten nichts auszusetzen ist und wir uns immer noch in einer Sackgasse befinden.
Es gibt immer noch Meinungsverschiedenheiten zwischen verschiedenen Messmethoden, die als Hubble-Tensor bekannt sind, daher müssen wir uns auf eine andere Methode verlassen, um herauszufinden, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
Das Universum um uns herum scheint stationär und unverändert zu sein, aber alles, was wir sehen, entfernt sich mit einer enormen Geschwindigkeit, die als Hubble-Konstante oder H0 bekannt ist. Es ist unklar, wie schnell H0 genau ist, da unterschiedliche Messmethoden zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
Eine Möglichkeit besteht darin, Spuren des frühen Universums zu betrachten, etwa Restlicht im kosmischen Mikrowellenhintergrund oder in der Zeit eingefrorene Schallwellen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, Entfernungen zu Objekten mit bekannter Eigenhelligkeit zu messen, wie z. B. Supernovae vom Typ Ia oder Veränderliche Sterne der Cepheidendessen Licht regelmäßig schwankt, was mit seiner Eigenhelligkeit zusammenhängt.
Die erste Methode ergibt tendenziell eine Expansionsrate von etwa 67 Kilometern pro Sekunde pro Million Parsec. Die zweite, etwa 73 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Diese Diskrepanz zwischen beiden wird als Hubble-Spannung bezeichnet.
Diese Messungen wurden wiederholt durchgeführt, wodurch die Fehlerwahrscheinlichkeit bei jeder Schätzung erheblich verringert wurde. Es besteht jedoch weiterhin die Möglichkeit, dass zumindest einige der Daten irreführend sind – insbesondere, da einige der besten Daten, die wir über Cepheid-Variablen haben, aus einer einzigen Quelle stammen, dem Hubble-Weltraumteleskop.
„[Cepheid variables] Es ist das Goldstandardinstrument zur Messung von Abständen zwischen Galaxien, die 100 Millionen Lichtjahre oder mehr entfernt sind, und ein entscheidender Schritt bei der Bestimmung der Hubble-Konstante. „Leider sind Sterne in Galaxien von unserem entfernten Standpunkt aus in einem kleinen Bereich zusammengeballt, sodass uns oft die Auflösung fehlt, um sie von ihren Nachbarn in der Sichtlinie zu trennen.“ Der Astrophysiker Adam Ries erklärt Space Telescope Science Institute (STScI) und Johns Hopkins University.
„Der Hauptgrund für den Bau des Hubble-Weltraumteleskops bestand darin, dieses Problem zu lösen … Hubble hat eine bessere Auflösung im sichtbaren Wellenlängenbereich als jedes bodengestützte Teleskop, da es über den nebulösen Effekten der Erdatmosphäre liegt. Dadurch kann es einzelne Cepheiden identifizieren.“ Variablen in Galaxien, die mehr als hundert Kilometer entfernt sind.“ Millionen Lichtjahre und Messung des Zeitintervalls, über das sich ihre Helligkeit ändert.“
Um jeglichen lichtblockierenden Staub in der Nähe der Leuchte abzuschneiden Diese Beobachtungen müssen im nahen Infrarot gemacht werden, einem Teil des elektromagnetischen Spektrums, in dem Hubble nicht besonders stark ist. Dies bedeutet, dass immer noch eine gewisse Unsicherheit über die von ihm erhaltenen Daten besteht.
Das James-Webb-Weltraumteleskop hingegen ist ein leistungsstarkes Infrarotteleskop und die von ihm erfassten Daten unterliegen nicht denselben Einschränkungen.
Rees und sein Team verwandelten zunächst das James-Webb-Weltraumteleskop in eine Galaxie bekannter Entfernung, um das Teleskop für die variable Beleuchtung der Cepheiden zu kalibrieren. Dann bemerkten sie Cepheiden in anderen Galaxien. Insgesamt sammelte das James Webb-Weltraumteleskop Beobachtungen von 320 Cepheidensternen und reduzierte so das in den Hubble-Beobachtungen vorhandene Rauschen erheblich.
Obwohl die Hubble-Daten sehr verrauscht sindDie Entfernungsdaten stimmten jedoch immer noch mit Beobachtungen des James Webb-Weltraumteleskops überein. Das bedeutet, dass wir H0-Berechnungen auf Basis der Hubble-Daten nicht ausschließen können; Die aktuelle Geschwindigkeit beträgt derzeit 73 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec, und menschliches Versagen kann – zumindest in diesem Fall – den Hubble-Jitter nicht erklären.
Wir kennen die Ursache der Spannung immer noch nicht. Eine der wichtigsten möglichen Kräfte ist die Dunkle Energie, eine mysteriöse und wenig bekannte, aber scheinbar fundamentale Kraft Unterdruck anlegen Dies beschleunigt die Expansion des Universums. Mit den neuen Messungen des James Webb-Weltraumteleskops könnten wir der Antwort etwas näher kommen.
„Da Webb die Messungen von Hubble bestätigt, liefern Webbs Messungen den bisher stärksten Beweis dafür, dass systematische Fehler in der Cepheid-Photometrie von Hubble keine signifikante Rolle bei Hubbles aktuellem Jitter spielen.“ sagt Reese.
„Dadurch bleiben die interessantesten Möglichkeiten auf dem Tisch und die Uneindeutigkeit der Spannung verschärft sich.“
Die Ergebnisse wurden angenommen Astrophysikalisches Journalund ist verfügbar unter arXiv.