Jednou z největších výzev při měření expanze vesmíru je skutečnost, že mnoho metod, které používáme, závisí na modelu. Nejznámějším příkladem je použití vzdálených supernov, kde porovnáváme standardní jasnost supernov typu Ia s jejich zdánlivou jasností, abychom zjistili jejich vzdálenost. Ale znalost standardní jasnosti závisí na jejich porovnání s jasností proměnných cefeid, která je zase určena měřením vzdáleností blízkých hvězd pomocí paralaxy. Každý krok tohoto žebříku kosmické vzdálenosti závisí na kroku před ním.
Různé metody měření kosmické vzdálenosti. Kredit: uživatel Wikipedie Brews O’Hare
To neznamená, že naše měření vzdálenosti jsou nutně chybná, ale činí je zranitelnějšími vůči systematickým chybám. V posledních letech se ukázalo, že naše různá měřítka kosmické expanze tak úplně nesouhlasím, takže buď se do našich dat vloudila systematická chyba, nebo je s naším kosmologickým modelem něco špatně. Jednou z cest z této šlamastiky by bylo najít nové způsoby měření kosmické expanze. Nejlépe metody, které nejsou závislé na modelu. V této oblasti jsme docela pokročili. Metody využívající jevy, jako jsou astronomické masery a gravitační vlny, ukázaly hodně slibné. A nedávná studie vFyzický přehled Azavádí metodu využívající kvasary a gravitační čočky.
Gravitační čočka může způsobit, že jeden kvasar vytvoří mnoho obrazů. Poděkování: NASA/ESA/D. Hráč (STScI)
Kvasary jsou neuvěřitelně jasné a vzdálené objekty. Jsou poháněny aktivními supermasivními černými dírami v mladých galaxiích. Světlo, které vidíme z kvasarů, k nám putovalo miliardy let, a tak je během této doby rozpínáním vesmíru posunuto do rudého posuvu. Spíše než se snažit změřit vzdálenost těchto kvasarů, tato nová metoda se zaměřuje na kvasary, které jsou gravitačně zatíženy bližšími galaxiemi.
Když je mezi námi a vzdáleným kvasarem galaxie, gravitační hmota galaxie ohýbá kvasarové světlo kolem galaxie. V důsledku toho můžeme často vidět více snímků kvasaru spíše než jeden snímek. Každý z těchto obrázků je výsledkem jiné dráhy světla, jak je šířeno galaxií. Kvůli gravitační čočce se světelné dráhy těchto snímků mohou lišit ve vzdálenosti o desítky světelných let. Takže obrazy kvasarů, které vidíme, se mohou lišit stářím o desetiletí. Protože se vesmír neustále rozpíná, mladší obraz kvasaru bude mít rudý posuv méně než starší.
Myšlenka tohoto nového díla je úžasně jednoduchá. Stačí porovnat rudé posuvy čočkovitých snímků kvasaru v blízkosti galaxie a můžete určit, jak moc se vesmír rozšířil za desetiletí nebo století. Udělejte to s galaxiemi v různých vzdálenostech a můžete určit nejen rychlost expanze vesmíru, ale také to, zda se tato rychlost v průběhu času změnila.
Rozšíření spektrálních čar. Kredit: Swinburne University of Technology
V praxi je srovnání těchto rudých posuvů velmi obtížné. Rozdíl v rudém posuvu mezi dvěma obrazy kvasaru je extrémně malý, a protože světlo prošlo tak daleko, jsou jeho spektrální čáry rozmazané plynem, kterým prošlo, aby se k nám dostalo. Je to efekt známý jako Dopplerovo rozšíření. Nemůžeme tedy přímo porovnávat rudé posuvy.
K překonání tohoto problému tým navrhuje metodu nazvanou skvrny korelace intenzity. Metoda bere dopplerovské rozšířené světlo obrazu kvasaru a komprimuje jej do průměrné linie. Protože dva obrazy čočky budou mít při komprimaci podobné Dopplerovo rozšíření, bude jejich hlavním rozdílem rozdíl v červeném posuvu. Tyto dva obrázky pak lze porovnat podle toho, jak se ruší nebo tečou. Je to optický efekt podobný způsobu, jakým mohou dvě mírně odlišné hudební noty interferovat a vytvořit kolísavý tón.
V zásadě by nám tato metoda mohla poskytnout podrobné měření vývoje kosmické expanze a mohla by urovnat napětí moderní kosmologie. Dalším krokem je vytvoření detektoru pro pozemní dalekohledy, které by takové měření mohly provádět.
Odkaz:Merlin, R., a kol. “ Intenzitní korelační skvrny jako technika pro odstranění Dopplerova rozšíření .'Fyzický přehled A103,4 (2021): L041701.