Salah satu misteri kosmik terbesar saat ini menyangkut perluasan alam semesta.
Selama miliaran tahun pertama sejarah alam semesta kita, laju perluasan alam semesta melambat dan galaksi-galaksi yang jauh melambat menjadi stagnasi dari zaman kita, karena kepadatan materi dan radiasi berkurang. Namun, selama 6 miliar tahun terakhir, galaksi jauh telah mempercepat stagnasinya, dan laju ekspansi, meskipun terus menurun, tidak menuju nol. Dua cara yang berbeda untuk mengukur tingkat ekspansi memberikan nilai yang saling bertentangan; Tingkat aktual ekspansi masih kontroversial.
Dua metode utama masing-masing memberikan jawaban kesalahan yang rendah, tetapi tidak kompatibel.
Membawa kita melampaui batas observatorium sebelumnya, termasuk semua teleskop berbasis darat di Bumi serta Hubble, JWST NASA telah menunjukkan kepada kita galaksi terjauh di alam semesta yang pernah ditemukan. Jika kami secara memadai memetakan posisi 3D dari galaksi yang diamati dan diukur, kami dapat membuat penerbangan visual melintasi alam semesta, karena data CEERS dari JWST memungkinkan kami melakukannya di sini. Mengukur tingkat perluasan itu menantang, karena metode yang berbeda menghasilkan hasil yang berbeda dan saling tidak kompatibel.
Dengan menelusuri evolusi sinyal peninggalan awal, kami mengukur perluasan sebesar 67 km/dtk/mq.
Kita dapat melihat kembali ke alam semesta secara acak jika teleskop kita mengizinkannya, dan gugus galaksi harus mengungkapkan skala jarak tertentu – skala akustik – yang harus berkembang dengan waktu dengan cara tertentu, seperti “puncak dan lembah” akustik di alam semesta. latar belakang gelombang mikro kosmik mengungkapkan hal ini. Skala juga. Evolusi skala ini, dari waktu ke waktu, merupakan sisa-sisa awal yang mengungkapkan laju ekspansi rendah sekitar 67 km/detik/juta blok.
Dengan memulai dari dekat dan memperhatikan kendur yang bertambah seiring jarak, kita mengukur 73 km/detik/m per meter persegi.
Membangun tangga jarak kosmik melibatkan perpindahan dari tata surya kita ke bintang, ke galaksi terdekat, ke galaksi jauh. Setiap ‘langkah’ membawa ketidakpastiannya sendiri, terutama anak tangga yang menghubungkan ‘jalur’ tangga yang berbeda. Namun, peningkatan baru-baru ini di tangga jarak telah menunjukkan seberapa kuat hasilnya.
Perbedaan ini – “ketegangan Hubble” – adalah misteri kosmik baru-baru ini.
Ketegangan pengukuran terbaru dari tangga jarak (merah) dengan data sinyal awal dari CMB dan BAO (biru) ditampilkan untuk kontras. Masuk akal bahwa metode tanda awal benar dan ada kelemahan mendasar pada tangga jarak; Masuk akal bahwa ada kesalahan skala kecil yang membiaskan metode tanda awal dan skala jarak benar, atau kedua kelompok benar dan beberapa bentuk fisika baru (ditunjukkan di atas) adalah biang keladinya. Gagasan bahwa ada bentuk awal energi gelap memang menarik, tetapi itu berarti ada lebih banyak energi gelap di masa awal, dan (sebagian besar) telah mati sejak saat itu.
Banyak yang mengira kesalahan catatan di sisi “tangga jarak” menjadi penyebabnya.
Kembali pada tahun 2001, ada banyak sumber kesalahan berbeda yang dapat membiaskan pengukuran tangga jarak terbaik dari konstanta Hubble, perluasan alam semesta, ke nilai yang jauh lebih tinggi atau lebih rendah. Berkat kerja keras dan hati-hati dari banyak orang, ini tidak mungkin lagi, karena kesalahan telah sangat berkurang. Pekerjaan JWST baru, tidak ditampilkan di sini, telah mengurangi kesalahan terkait Cepheid dan kesalahan periode luminositas lebih jauh daripada yang ditampilkan di sini.
Kita mulai dengan mengamati bintang variabel Cepheid di Bima Sakti.
Bintang variabel RS Puppis, dengan gema cahayanya bersinar melalui awan antarbintang. Bintang variabel datang dalam banyak varietas. Salah satunya, variabel Cepheid, dapat diukur baik di dalam galaksi kita maupun di galaksi yang berjarak hingga 50-60 juta tahun cahaya. Ini memungkinkan kita mengekstrapolasi jarak dari galaksi kita ke galaksi jauh di alam semesta. Bintang cabang RR Lyrae dan AGB dapat digunakan dengan cara yang serupa.
Kami menyimpulkan jarak persisnya dengan paralaks.
Bintang-bintang yang paling dekat dengan Bumi akan tampak bergerak secara siklis sehubungan dengan bintang-bintang yang lebih jauh saat Bumi bergerak melalui ruang angkasa dalam orbit mengelilingi matahari. Sebelum membuat model heliosentris, kami tidak mencari “pergeseran” dengan garis dasar ~300.000.000 km selama sekitar 6 bulan, melainkan garis dasar ~12.000 km dalam satu malam: diameter Bumi saat berputar pada porosnya. Jarak ke bintang-bintang begitu besar sehingga pandangan pertama, dengan garis dasar 300 juta km, baru ditemukan pada tahun 1830-an. Hari ini, kami mengukur paralaks lebih dari satu miliar bintang dengan misi Gaia Badan Antariksa Eropa.
Kemudian kami mengukur Cepheid di galaksi terdekat yang terukur dengan baik.
Dua panel teratas menunjukkan dua galaksi terdekat yang kaya maple: NGC 4258 (kiri) dan NGC 5584 (kanan), dengan bidang pandang JWST ditambahkan di atasnya. Panel bawah menampilkan rendering JWST, dengan varian Cepheid yang dipilih secara individual disorot di setiap gambar.
Terakhir, kami mengukur supernova Tipe Ia baik di dalam maupun di luar galaksi tersebut, dan menghubungkan “derajat” kosmik ini bersama-sama.
Baru-baru ini pada tahun 2019, hanya ada 19 galaksi yang dipublikasikan yang memiliki jarak yang diukur oleh bintang variabel Cepheid di mana supernova Tipe Ia juga teramati terjadi. Kami sekarang memiliki pengukuran jarak dari masing-masing bintang di galaksi yang juga menampung setidaknya satu supernova Tipe Ia di 42 galaksi, 35 di antaranya memiliki gambar yang sangat bagus dari Hubble. 35 galaksi ini ditampilkan di sini.
Mungkinkah kesalahan dalam Cepheid membiaskan laju ekspansi terukur kami?
Menggunakan tangga jarak kosmik berarti menyatukan skala kosmik yang berbeda, karena orang selalu khawatir tentang ketidakpastian di mana “jalur” tangga yang berbeda terhubung. Seperti yang ditunjukkan di sini, kita sekarang turun setidaknya tiga “berjalan” di tangga itu, dan seluruh rangkaian pengukuran sangat cocok satu sama lain.
oleh Cepheid diukur di galaksi terdekatJWST menyelidiki kemungkinan ini.
Galaksi spiral terdekat ini, NGC 4258 (juga dikenal sebagai Messier 106), berjarak sekitar 20 juta tahun cahaya tetapi mengandung banyak Cepheid yang diketahui mirip dengan Cepheid yang ditemukan di Bima Sakti. Ini adalah galaksi penting untuk mengkalibrasi skala jarak kosmik.
jam tangan galaksi NGC 4258JWST tidak menemukan bias optik untuk Algivides.
Gambar ini menunjukkan banyak bintang variabel Cepheid dari periode berbeda dalam galaksi terdekat NGC 4258: galaksi penting untuk kalibrasi dan jarak Cepheid. Enam baris terbawah menunjukkan bintang yang sama diukur oleh Hubble (label abu-abu) dan JWST (label ungu) pada panjang gelombang yang berbeda. Resolusi superior dalam gambar JWST mengurangi kesalahan Hubble sebelumnya dalam jumlah besar dan besar sambil memvalidasi dan tetap konsisten dengan hasil sebelumnya.
Sebaliknya, itu mengkonfirmasi dan memperkuat temuan Teleskop Luar Angkasa Hubble sebelumnya.
Gambar gabungan ini menunjukkan galaksi spiral berbatang NGC 5584 dengan supernova terang SN 2007af di dalamnya. Galaksi-galaksi terdekat dengan bintang variabel Cepheid yang dapat diidentifikasi yang telah menampung setidaknya satu supernova tipe Ia di dalamnya sangat penting bagi metode tangga jarak kosmologis untuk mengukur alam semesta yang mengembang.
Cepheid di NGC 5584yang juga dia miliki A (Zaman 2007) supernova Tipe Iajuga tidak mengungkapkan bias.
Grafik ini menunjukkan hubungan antara jumlah kecerahan bintang variabel Cepheid (sumbu y) versus periode perubahannya (sumbu x) di galaksi NGC 5584 (atas) dan NGC 4258 (bawah). Data JWST baru ditampilkan dalam warna merah, sedangkan data Hubble lama ditampilkan dalam warna abu-abu. Kesalahan dan ketidakpastian hubungan ini di kedua galaksi telah sangat berkurang, terutama karena resolusi JWST yang lebih tinggi daripada Hubble.
itu Periode hubungan glossalat kalibrasi utama untuk Kronologi, kini lebih akurat dari sebelumnya.
Dengan memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang variabel Cepheid di galaksi terdekat NGC 4258 dan NGC 5584, JWST telah mengurangi ketidakpastian jarak mereka lebih jauh. Titik terendah pada grafik menunjukkan perkiraan jarak ke NGC 5584 dari tingkat perluasan yang disimpulkan dari skala jarak (sisi kiri) dan apa yang diharapkan dari metode sisa awal (sisi kanan). Ketidakcocokannya besar dan meyakinkan.
Berkat akurasinya yang unggul, JWST telah mengurangi ketidakpastian hingga ke nilai absolut terkecilnya.
Lilin standar (kiri) dan penggaris standar (kanan) adalah dua metode berbeda yang digunakan para astronom untuk mengukur perluasan ruang pada waktu/jarak berbeda di masa lalu. Berdasarkan bagaimana besaran seperti luminositas atau ukuran sudut berubah terhadap jarak, kita dapat menyimpulkan sejarah perluasan alam semesta. Menggunakan metode candle adalah bagian dari tangga jarak, menghasilkan 73 km/detik/juta blok. Penggunaan penggaris merupakan bagian dari metode indikasi awal, menghasilkan 67 km/dtk/Mpc. Dengan data JWST yang baru, misteri tentang laju ekspansi alam semesta semakin dalam.
Kebanyakan Bisu Senin menceritakan kisah astronomi dengan gambar dan visual dan tidak lebih dari 200 kata.
More Stories
Mengkompensasi tidur di akhir pekan dapat mengurangi risiko penyakit jantung hingga seperlimanya – studi | Penyakit jantung
Perjalanan seorang miliarder ke luar angkasa “berisiko”
Jejak kaki dinosaurus yang identik ditemukan di dua benua