Måling af universets ekspansion: Forskere understreger vigtigheden af hastighedsmåling

Forskerne ved the Cosmic Dawn Center har opdaget, at de hastighedsmålinger, der anvendes til at bestemme universets nyeste ekspansionshastighed muligvis ikke er pålidelige. Som de beskriver i deres publikation, forløser det ikke uoverensstemmelserne i målingerne, men antyder en anden uenighed i Universets komposition.

Måling af universets ekspansionshastighed

I dag måler astronomerne universets ekspansion ved hjælp af to meget forskellige teknikker. Den ene er baseret på at se på forholdet mellem afstand og hastighed af nærliggende galakser, mens den anden kommer fra at studere baggrundsstrålingen fra det helt tidlige univers. Disse to tilgange finder overraskende forskellige ekspansionshastigheder for universet. Hvis denne forskel er reel vil det være nødvendigt at refortolke universets udvikling dramatisk. Potentielt kunne forskellen i Hubble konstanten blot være fejlmåling. Da det er svært at bestemme afstande, har mange studier fokuseret på at forbedre og kalibrere afstandsmålinger. Men over de sidste 4 år har dette dog ikke givet svaret på præcist hvor hurtigt universet udvider sig."

Hastigheden af de fjerne galakser er let at måle – troede man

I den nylige videnskabelige artikel belyser forskerne fra The Cosmic Dawn Center nu en anden problematik: Målingen af hastighed. Afhængig af den hastighed, hvormed et fjernt objekt bevæger sig væk fra os, skifter det observerede lys til rødere farver. Med denne såkaldte rødforskydning kan man måle hastigheden fra et spektrum af en fjern galakse. I modsætning til afstandsmålinger har man hidtil antaget at hastigheder har været lette at måle.

Men da forskerne ved Cosmic Dawn Center for nylig undersøgte afstands-og hastighedsmålinger for mere end 1000 supernovaer indsamlet gennem de seneste 25 år, fandt de en overraskende diskrepans i deres resultater. Som Albert Sneppen, kandidatstuderende ved Niels Bohr Institutet, forklarer: "Vi har altid troet, at dét at måle hastigheden var ret præcist og ligetil, men det viser sig, at vi faktisk har at gøre med to typer af rødforskydninger og dermed hastigheder."

Den første type, der måler den hastighed, værtsgalaksen bevæger sig væk fra os med, er den mest pålidelige. Den anden type rødforskydning måler i stedet på hastigheden af materiale fra den eksploderende stjerne inde i galaksen. Dvs dét materiale fra selve supernovaen, som bevæger sig mod os med få procent af lysets hastighed (Se illustration 1). Efter korrektion af denne ekstra bevægelse kan rødforskydningen – og dermed hastigheden - af værtsgalaksen findes. Problematikken er at korrektionen kræver en præcis og svært opnåelig model for eksplosionen, som endnu ikke er etableret. Forskergruppen ved Cosmic Dawn Center har nu fundet ud af, at resultaterne fra disse to forskellige teknikker resulterer i to forskellige ekspansionshistorier og antyder dermed forskellige sammensætninger af universet.

Er de hidtidige antagelser "I stykker på en interessant måde?"

Er forskellene mellem målingerne på det tidlige univers og nyere målinger så i sidste ende et spørgsmål om usikre hastighedsmålinger? Sandsynligvis ikke, mener en af artiklens forfattere, Bidisha Sen. ”Selv hvis vi kun ser på de mere pålidelige rødforskydninger, så er supernova-målingerne ikke kun uenige med det tidlige univers’ Hubble konstant, men antyder yderligere en uenighed i sammensætningen af universet”, forklarer hun.

Lektor ved Niels Bohr Institutet, Charles Steinhardt, er meget optaget af opdagelsen af de forskellige resultater. "Hvis der virkelig er to uenigheder, vil det betyde, at vores nuværende antagelser er ”i stykker” på en interessant måde", siger han. "For at løse to problemer, ét i Universets sammensætning og ét i Universets ekspansionshastighed, kræves nemlig helt andre fysiske forklaringer end en enkelt modsætning i Hubble konstanten.”

Det videnskabelige arbejde fortsættes på Nordic Optical Telescope

Med det Nordiske Optiske Teleskop på Gran Canaria henter forskerne nu nye rødforskydninger fra værtsgalakserne. Når de kan sammenligne disse resultater med de supernova-baserede rødforskydninger, kan de se, om de to teknikker forbliver forskellige. "Vi har erfaret, at disse følsomme målinger kræver præcise hastighedsmålinger, som er mulige med nye observationer" forklarer Steinhardt.

Link til den videnskabelige artikel: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abb140