Astronomen bemühen sich, die Expansionsrate des Universums mit Hubble-Teleskopen zu messen – Technology News, Firstpost

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Die Astronomen haben die Expansionsrate des Universums mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA mit einer Technik gemessen, die völlig unabhängig von früheren Techniken ist.

Es ist sehr wichtig zu wissen, wie schnell sich das Universum ausdehnt, um Alter, Größe und Schicksal des Kosmos zu bestimmen.

Die neue Studie liefert Beweise für die Überlegung, dass möglicherweise neue Theorien erforderlich sind, um zu erklären, was die Wissenschaftler derzeit finden.

Das von Forschern gefundene Ergebnis verstärkt eine Diskrepanz zwischen der Expansionsrate, die als Hubble-Konstante bezeichnet wird und die sich aus den Messungen des Lokaluniversums ergibt, und der Rate, die aus der Hintergrundstrahlung im frühen Universum vorhergesagt wird, das eine Zeit vor den Galaxien und Sternen ist existierte.

  Astronomen bemühen sich, die Expansionsrate des Universums mit dem Hubble-Teleskop zu messen

Das in dieser Studie verwendete Hubble-Weltraumteleskop kreist über der Erde. Bild: Die NASA

Dieser neueste Wert stellt die bisher genaueste Messung unter Verwendung der Gravitationslinsenmethode dar, bei der die Schwerkraft einer Vordergrundgalaxie wie eine Riesenvergrößerungslinse wirkt und das Licht von Hintergrundobjekten verstärkt und verzerrt.

Die Forscher verwendeten die exotische Physik der Gravitationslinse zur Berechnung der Expansionsrate des Universums.

Das Astronomieteam, das die neuen Hubble-Konstantenmessungen durchgeführt hat, heißt H0LiCOW, wobei H0 für Lenses in COSMOGRAILs Wellspring steht.

COSMOGRAIL steht für Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses, ein großes internationales Projekt zur Zielüberwachung von Gravitationslinsen. “Wellspring” bezieht sich auf das reichliche Angebot an Quasar-Linsensystemen.

Das Forscherteam ermittelte den H0LiCOW-Wert für die Hubble-Konstante mithilfe von Beobachtungs- und Analysetechniken, die in den letzten zwei Jahrzehnten stark verfeinert wurden.

H0LiCOW und andere Messungen haben gezeigt, dass die Expansionsrate im lokalen Universum schneller war als erwartet, basierend auf den Beobachtungen des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation, wie sich der Kosmos vor mehr als 13 Milliarden Jahren verhalten hat.

Die Kluft zwischen den beiden Werten hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Parameter des Universums und erfordert möglicherweise eine neue Physik, um die Nichtübereinstimmung zu erklären.

“Wenn diese Ergebnisse nicht übereinstimmen, ist es möglicherweise ein Hinweis darauf, dass wir noch nicht vollständig verstehen, wie sich Materie und Energie im Laufe der Zeit entwickelt haben, insbesondere zu frühen Zeiten”, sagte die leitende Forscherin Sherry Suyu.

Das Forscherteam nutzte das Hubble-Teleskop, um das Licht von sechs fernen Quasaren zu beobachten, den brillanten Scheinwerfern von gasumlaufenden supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien.

Hubble beobachtete, wie das Licht von jedem Quasar aufgrund der Schwerkraft einer massiven Vordergrundgalaxie in vier Bilder multipliziert wurde.

  Der Eindruck des Künstlers zeigt, wie ULAS J1120 + 0641, ein sehr weit entfernter Quasar, der von einem schwarzen Loch mit einer Masse angetrieben wird, die zwei Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne, ausgesehen haben könnte. Bildnachweis: Flickr / NASA

Der Eindruck des Künstlers zeigt, wie ULAS J1120 + 0641, ein sehr weit entfernter Quasar, der von einem schwarzen Loch mit einer Masse angetrieben wird, die zwei Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne, ausgesehen haben könnte. Bildnachweis: Flickr / NASA

Die untersuchten Galaxien sind drei bis 6,5 Milliarden Lichtjahre entfernt. Die durchschnittliche Entfernung der Quasare von der Erde beträgt 5,5 Milliarden Lichtjahre.

Lichtstrahlen, die von den einzelnen Quasarbildern mit Linsen ausgehen, verwenden einen etwas anderen Weg im Weltraum, um die Erde zu erreichen. Die Länge des Pfades hängt von der Menge an Materie ab, die den Raum entlang der Sichtlinie zum Quasar verzerrt.

Die Forscher beobachten das Flackern des Quasarlichts, um jeden Weg zu verfolgen, wenn sein Schwarzes Loch Material verschlingt. Wenn das Licht flackert, wird jedes linsenförmige Bild zu einer anderen Zeit aufgehellt.

Das Forscherteam begann mit der Verwendung von Hubble, um genaue Karten der Verteilung der Materie in jeder Linsengalaxie zu erstellen. Die Forscher konnten die Entfernungen von der Galaxie zum Quasar und zum Hintergrundquasar zuverlässig bestimmen. Anschließend verglichen sie diese Entfernungswerte, um die Expansionsrate des Universums zu messen.

“Die Länge jeder Zeitverzögerung gibt an, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Wenn die Zeitverzögerungen kürzer sind, dehnt sich das Universum schneller aus. Wenn sie länger sind, ist die Expansionsrate langsamer”, sagte ein Teammitglied. Kenneth Wong.

Die Forscher errechneten eine Hubble-Konstante von 73 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec mit einer Unsicherheit von 2,4 Prozent. Dies bedeutet, dass sich eine Galaxie von der Erde bis zu 3,3 Millionen Lichtjahre entfernt aufgrund der Ausdehnung des Universums anscheinend 73 Kilometer pro Sekunde schneller bewegt.

Die Messung des Teams liegt auch in der Nähe des Hubble-Konstantenwerts von 74, der vom Supernova H0-Team für die Zustandsgleichung (SH0ES) berechnet wurde, das die kosmische Entfernungsleitertechnik verwendete. Die SH0ES-Messung basiert auf der Messung der Entfernung zu erdnahen und erdfernen Galaxien mithilfe von Cepheid-Sternen und Supernovas als Messstäbchen für die Galaxien.

Die SH0ES- und H0LiCOW-Werte unterscheiden sich signifikant von der Planck-Zahl von 67 und verstärken die Spannung zwischen Hubble-Konstantenmessungen des modernen Universums und dem vorhergesagten Wert, der auf Beobachtungen des frühen Universums basiert.

“Eine der Herausforderungen, die wir gemeistert haben, bestand darin, über COSMOGRAIL spezielle Überwachungsprogramme zu haben, um die Zeitverzögerungen für mehrere dieser Quasar-Objektivsysteme zu ermitteln”, sagte Frederic Courbin.

“Gleichzeitig wurden neue Massenmodellierungstechniken entwickelt, um die Materieverteilung einer Galaxie zu messen. Dazu gehören Modelle, die wir für die Verwendung der hochauflösenden Hubble-Bildgebung entwickelt haben. Mit diesen Bildern konnten wir beispielsweise die Wirtsgalaxien der Quasare rekonstruieren. “sagte Suyu.

“Diese Bilder ermöglichen es uns zusammen mit zusätzlichen Weitfeldbildern, die von bodengestützten Teleskopen aufgenommen wurden, auch, die Umgebung des Linsensystems zu charakterisieren, die die Biegung von Lichtstrahlen beeinflusst. Die neuen Massenmodellierungstechniken in Kombination mit den Zeitverzögerungen , helfen Sie uns, genaue Entfernungen zu den Galaxien zu messen “, fügte Suyu hinzu.

Das Forscherteam verfügt nun über Hubble-Bilder und Informationen zur Zeitverzögerung für 10 Linsenquasare und dazwischenliegende Linsengalaxien. Das Team wird weiterhin in Zusammenarbeit mit Forschern aus zwei neuen Programmen nach neuen Linsenquasaren suchen und diese verfolgen.

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