2011.03.22. - A Hubble-állandó pontosításával a sötét energia mellett

A HST új, cefeida típusú változócsillagokra vonatkozó mérései alapján majdnem 3%-ra sikerült leszorítani a Hubble-állandó hibáját, így elvethető a sötét energia egyik lehetséges alternatívájának számító elmélet.

Az Adam Riess (Space Telescope Science Institute, Johns Hopkins University) által vezetett SHOES (Supernova H₀ for the Equation of State) csoport által végzett kutatás eredménye, hogy az Univerzum tágulási ütemét megadó Hubble-állandót sikerült tovább pontosítani, az új, 73,8 km/s/Mpc érték hibája már csak 3,3%, ami mintegy 30%-kal kisebb a korábbi, 2009-ben szintén HST-észlelések alapján meghatározott érték hibájánál. A Hubble-konstans meghatározása egyáltalán nem egyszerű feladat, amit talán jelez az a közismert bonmot is, miszerint a H₀ a leggyorsabban változó állandó a Világegyetemben, utalva arra, hogy első meghatározott értékei elég távol állnak a ma elfogadottól. Ebben természetesen a méréstechnika javulása - például a HST egyik kulcsprojektje révén - játszotta a főszerepet, de pontosan emiatt az állandó ma már nem változik olyan gyorsan, mint néhány évtizeddel ezelőtt, a manapság különböző módszerekkel meghatározott értékek a 72-75 km/s/Mpc tartományba esnek, a cél ma már inkább a hiba csökkentése.

A Hubble-állandó meghatározásához közeli és távoli galaxisok távolságának minél pontosabb ismerete szükséges. Mivel egy egész galaxis távolságának megmérésére nincs direkt módszer, ez csak úgy lehetséges, ha a vizsgált galaxisban sikerül olyan objektumokat azonosítani, melyek abszolút fényessége valamilyen jól mérhető paraméterükből meghatározható. Az abszolút és a látszó fényesség ismeretében pedig az adott objektum, s így a neki otthont adó galaxis távolsága is származtatható. Ilyen ún. sztenderd gyertyák a cefeida típusú pulzáló változócsillagok, melyek pulzációs periódusa és abszolút fényessége között van összefüggés, így előbbi mérésével utóbbi meghatározható. Sajnos a cefeidák csak a viszonylag közeli galaxisokban azonosíthatók, így a távoliak távolságának meghatározásához más "világítótornyokat" kell használni. Ezek az Ia típusú szupernóvák, melyek robbanása nagyon kis szórású maximumfényességet eredményez, ami ráadásul elég nagy ahhoz, hogy óriási távolságból is észre lehessen venni őket.

Riess és kollégái a Hubble új WFPC3 (Wide Field Camera 3) műszerével közeli galaxisokban kerestek mind cefeidákat - a hatszáznál is több ilyen objektum több mint felét először azonosítva -, mind Ia típusú szupernóvákat, melyek látszó fényességének nagyon pontos mérésével meg tudták határozni abszolút fényességüket, így az Ia típusú szupernóvák a korábbinál nagyobb pontossággal használhatók a távoli galaxisok távolságának mérésére. A pontosság növeléséhez nagyban hozzájárult az is, hogy a méréseket egyetlen műszeregyüttessel végezték, így kiküszöbölhetőek voltak a többféle műszer használata által okozott szisztematikus hibák.

Az NGC 5584 katalógusjelű spirálgalaxisban azonosított cefeida típusú változócsillagok a pulzációs periódusuk szerint különböző színű körökkel megjelölve. Az osztályozás a Hubble Űrteleszkóp WFPC3 kamerájával az ultraibolya, látható és infravörös tartományban 2010-ben készült felvételek alapján történt.
[NASA, ESA, A. Riess (STScI/JHU), L. Macri (Texas A&M University)]

Az eredménynek van egy érdekes, bár a Hubble-konstans pontosságának növelésénél talán kevésbé komolyan vehető vonatkozása is. Riess 1998-ban azon két csoport egyikének a vezetője volt, akik mérései először világítottak rá arra, hogy az Univerzum gyorsulva tágul. Misztikussága és teljességgel megfoghatatlan volta ellenére a jelenség manapság legelfogadottabb magyarázata az elképzelések szerint a Világegyetem túlnyomó részét kitevő ún. sötét energia. Az általa okozott repulzív hatás tulajdonképpen már Einsteinnél is felbukkant a Λ kozmológiai állandó képében, amit ő az akkor állandó állapotúnak gondolt Világegyetem stabilitásához a gravitáció ellenében szükséges hatásként vezetett be, de elvetette, miután Hubble 1929-ben felfedezte, hogy az Univerzum tágul. Mivel azonban a sötét energia feltételezése sokak számára erőltetettnek tűnik, ezért a gyorsuló tágulás magyarázatára alternatív lehetőségek is felbukkantak. Az egyik, a sötét energiánál nem kevésbé "hajmeresztő" az ún. kozmikus buborék elmélete, amely szerint tulajdonképpen egy környezeténél kisebb sűrűségű buborékban élünk, ami gyorsabban tágul, mint az Univerzum rajta kívüli jóval nagyobb tömegű részei. A buborékon belül elhelyezkedő megfigyelő számára ebben a modellben úgy tűnik, hogy a sötét energiához hasonló repulzív hatás távolítja az egész univerzumot tőle. A buborék-hipotézis működőképességéhez azonban az kellene, hogy a tágulás üteme csak 60-65 km/s/Mpc legyen, amit azonban a Hubble-állandó Riess-féle új értéke és annak kis hibája egyértelműen kizár. Nem beszélve arról, hogy a kutatás egyik résztvevője, Lucas Macri (Texas A&M University) szerint a buborékelmélet legnehezebben elfogadható része az, hogy a buborék középpontjához nagyon-nagyon közel kellene helyet foglalnunk, aminek igen kicsi az esélye. (S talán érdemes a kitüntetett helyzettel kapcsolatos, évszázadokon átívelő megfontolásokat is figyelembe venni...)

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• STScI-2011-08