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Beobachtungen des James Webb-Weltraumteleskops von 10 nahegelegenen Galaxien scheinen auf die Hubble-Spannung hinzuweisen – eine rätselhafte Diskrepanz bei Messungen der Rate von Expansion des Universums – Vielleicht ist es doch nicht real.
DER James Webb-WeltraumteleskopHubble-Beobachtungen ergaben den Durchschnittswert der Hubble-Konstante (H0), der entscheidend für die Bestimmung der Expansionsgeschwindigkeit des Universums ist, bei 69,96 Kilometern pro Sekunde pro Mega.Parsec. Dies steht tatsächlich im Einklang mit den Vorhersagen des Standardmodells von Kosmologie, Dies sollte dem Problem scheinbar ein Ende setzen – doch die Ergebnisse verdeutlichen auch eine kritische Meinungsverschiedenheit.
Im Jahr 2013 wurde die Europäische WeltraumorganisationDie Planck-Mission von 1945 maß die Hubble-Konstante mit 67,4 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass jedes Megaparsec (eine Million Parsec oder 3,26 Millionen Parsec) Lichtjahre) erstreckt sich jede Sekunde über 67,4 Kilometer (41,9 Meilen). Plancks wissenschaftliches Team konnte diesen Wert der Hubble-Konstante ableiten, indem es die grundlegenden Eigenschaften des Universums maß, die im Lichte der Hubble-Konstante erfasst wurden Kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) und anschließende Anwendung unseres Standard-Kosmologiemodells zur Vorhersage der Expansionsrate. Unter der Annahme, dass das Standardmodell korrekt ist, sollte diese Methode eine Genauigkeit von 1 % haben.
Darüber hinaus wurden Messungen eines Teams unter der Leitung von Adam Riess von der Johns Hopkins University durchgeführt, das das verwendete Hubble-Weltraumteleskop zur Messung der kosmischen Expansion mit Typ Ia SupernovaeWelches sind die Explosionen von Weißer Zwerg Die Sterne sind anderer Meinung. Supernovae vom Typ Ia haben eine standardisierbare maximale Helligkeit, was bedeutet, dass Astronomen anhand ihrer scheinbaren Helligkeit messen können, wie weit sie entfernt sein sollten. Dieser Abstand wird dann mit ihrer maximalen Helligkeit verglichen. RotverschiebungDenn je schneller sich das Universum ausdehnt, desto größer ist die Rotverschiebung eines Objekts. Diese Methode beziffert H0 auf 73,2 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec, was bedeutet, dass sich das Universum schneller ausdehnt, als das Standardmodell vorhersagt. Es ist diese Meinungsverschiedenheit, die Wissenschaftler die Hubble-Spannung nennen.
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Und nun wirft eine neue Arbeit von Wendy Freedman von der University of Chicago einige schwierige Fragen auf.
Freedmans Team, das an einem Projekt namens Chicago-Carnegie-Hubble-Programm (CCHP) arbeitete, nutzte JWST, um die Entfernung zu zehn relativ nahen Sternen zu messen. Galaxien Bei allen wurde beobachtet, dass es zu Supernova-Ereignissen vom Typ Ia kam. Die Entfernungsmessungen wurden dann mit drei unabhängigen Mitteln gegengeprüft.
Die erste dieser drei unabhängigen Methoden ist als „Tip of the“ bekannt Roter Riese Zweig”, der die maximale Helligkeit beschreibt, die sich entwickelt hat Sonne-als Sterne Rote Riesen können Entfernungen von bis zu 1000 km erreichen. Bei der zweiten Methode handelt es sich um den sogenannten asymptotischen Riesenzweig der J-Region, der sich auf eine Vielzahl kohlenstoffreicher Roter Riesensterne bezieht, die eine ähnliche intrinsische Infrarotleuchtkraft aufweisen. Der dritte Gegencheck wurde mit durchgeführt Variable Cepheid Sterne, die eine Periode-Leuchtkraft-Beziehung aufweisen, die erstmals 1908 von Henrietta Swan Leavitt entdeckt wurde und die die Pulsationsperiode mit der maximalen Leuchtkraft in Beziehung setzt. Mit anderen Worten: Indem wir einfach messen, wie lange es dauert, bis ein Stern pulsiert, können wir seine maximale Helligkeit berechnen und diese mit der Helligkeit vergleichen, die er in der Atmosphäre erscheint. Nachthimmel um abzuleiten, wie weit es entfernt sein muss.
Das CCHP-Team maß H0 mit 69,85 km/s/Mpc an der Spitze des Roten Riesenzweigs und 67,96 km/s/Mpc an Kohlenstoffsternen. So weit, so gut – die zugehörigen Fehlerbalken umfassen die H0-Messung von Planck und stimmen damit gut mit den H0-Messungen von Planck überein. Standardmodell.
Die Cepheid-Variablen spielten jedoch keine Rolle. Aus diesen Variablen kam das CCHP-Team zu einem Wert von 72,04 km/s/Mpc, der nicht mit den anderen Messungen übereinstimmt. Zusammengenommen ergeben die vier Methoden einen Durchschnittswert von 69,96 km/s/Mpc.
„Basierend auf diesen neuen JWST-Daten und unter Verwendung von drei unabhängigen Methoden finden wir keine eindeutigen Beweise für einen Hubble-Stamm“, sagte Freedman in einer Erklärung. Stellungnahme„Im Gegenteil, es ähnelt unserem kosmologischen Standardmodell zur Erklärung des Entwicklung des Universums festhalten.”
Messungen von Cepheid-Variablen scheinen jedoch weiterhin für Spannungen zu sorgen. Cepheiden bilden die unterste Stufe der kosmischen Entfernungsskala, gefolgt von Supernovae vom Typ Ia, da sie in größerer Entfernung als Cepheiden beobachtet werden können. In der Arbeit von Riess‘ Gruppe – Supernova H0 für die Zustandsgleichung, oder kurz SH0ES – sind Cepheiden von entscheidender Bedeutung für die Kalibrierung von Messungen von Supernovae vom Typ Ia.
Freedman hat jedoch bereits zuvor Bedenken hinsichtlich eines potenziellen Problems namens „Überbelegung“ geäußert. Hubble-Weltraumteleskop Da die Auflösung stark genug ist, um veränderliche Cepheid-Sterne in anderen Galaxien zu identifizieren, ist es möglich, dass massearme Sterne, die sich sehr nahe an einem Cepheid befinden, unaufgelöst bleiben und am Ende mit dem Licht des Cepheiden durcheinander geraten, was sich auf die wissenschaftlichen Ergebnisse auswirkt.
Anfang dieses Jahres leitete Riess ein Team, das JWST nutzte, um Hubbles Beobachtungen von Cepheiden noch einmal zu überprüfen, und kam zu dem Schluss, dass Überbevölkerung war kein Problem. In ihrer Forschungsarbeit weisen Freedman und seine Forscherkollegen jedoch darauf hin, dass die beiden Methoden, die am wenigsten von Crowding betroffen sind – Zweigspitze des Roten Riesen und Kohlenstoffsterne – Werte liefern, die mit dem Standardmodell vereinbar sind.
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Während sich der Schwerpunkt nun auf Messungen galaktischer Entfernungen mithilfe von Cepheid-Variablen verlagert, werden weitere Messungen mit JWST von Galaxien mit Supernovae vom Typ Ia von unschätzbarem Wert sein, um die Ergebnisse für diese zehn Galaxien zu bestätigen. Supernovae vom Typ Ia in Galaxien, die auch auflösbare Cepheiden, Rote Riesen und Kohlenstoffsterne haben, sind jedoch relativ selten, was bedeutet, dass ihre Entdeckung einige Zeit dauern kann. Zeit um eine ausreichend große Stichprobe zu erhalten.
Die Ergebnisse des von Freedman geleiteten CCHP-Teams sind derzeit verfügbar als Vordruckund wurden zur Peer-Review im Astrophysical Journal eingereicht.