Ældste overlevende lys afslører universets ægte alder

Gamle lys fra Big Bang har afsløret et nøjagtigt nyt estimat for universets alder: 13,77 milliarder år, give eller tage 40 millioner år.

Det nye estimat, der er baseret på data fra en række teleskoper i den chilenske Atacama-ørken, vejer også ind på en af ​​de vigtigste uoverensstemmelser i astrofysik: Hvor hurtigt ekspanderer universet? Beskrevet i to videnskabelige artikler giver det nye resultat et væsentligt løft for den ene side af uenigheden, skønt fysikerne ikke kunne bevise den anden side af tvisten forkert.

Her er problemet: Fysikere er nødt til at forstå universets ekspansionshastighed for at give enhver fornemmelse af kosmologi - videnskaben om hele universets fortid, nutid og fremtid. De ved, at et mystisk stof kaldet mørk energi får universet til at ekspandere (i en stigende hastighed) i alle retninger ... Men når astronomer peger deres teleskoper i rummet for at måle Hubble-konstanten (H0) - antallet, der beskriver, hvor hurtigt universet ekspanderer i forskellige afstande fra os eller et andet punkt - de kommer med tal, der er uenige med hinanden, afhængigt af den metode, de bruger.

En metode, der er baseret på målinger af, hvor hurtigt nærliggende galakser bevæger sig væk fra Mælkevejen, producerer en H0. En anden metode, der er baseret på at studere det ældste lys i rummet, eller kosmisk mikrobølgebakgrund (CMB), producerer en anden H0. Denne uenighed har efterladt forskere spekulerer på, om der er nogle vigtige blindpunkter i deres målinger eller teorier, som tidligere rapporteret. Disse nye resultater ser ud til at vise, at der ikke var nogen målefejl på CMB-siden.

Relaterede: 9 fakta om sorte huller, der vil sprænge dit sind

"Vi finder en ekspansionshastighed, der ligger lige ved estimatet af Planck-satellitteamet," hvilket er en anden undersøgelse af CMB, sagde Cornell University-astrofysiker Steve Choi, hovedforfatter af et af to nye papirer, i en erklæring. "Dette giver os mere tillid til målinger af universets ældste lys."

Dataene fra Planck-satellitten, der blev frigivet i 2018, var de vigtigste målinger af CMB før nu. Med et hidtil uset niveau af præcision viste de, hvor skarpe CMB-målinger af H0 er uenige med målinger baseret på bevægelsen af ​​nærliggende galakser.

Disse nye resultater beregnet CMB-målingen fra bunden ved hjælp af et helt andet sæt teleskopdata og beregninger og kom med meget lignende resultater. Det beviser ikke, at CMB-måling af H0 er korrekt - der kan stadig være noget problem med fysikteorierne, der blev brugt til at foretage beregningen - men det antyder, at der ikke er nogen målefejl på den side af uenigheden..

Relaterede: De 18 største uløste mysterier inden for fysik

Når man stoler på data fra Atacama Cosmology Telescope (ACT) i Chiles Atacama-ørken, spores forskerne svage forskelle mellem forskellige dele af CMB - som ser ud til at have forskellige energiniveauer i forskellige dele af himlen. CMB, der dannede sig som universet afkølet efter Big Bang, kan detekteres i alle retninger i rummet som en mikrobølger glød. Det er mere end 13 milliarder lysår i det fjerne, en relikvie fra en tid før stjerner og galakser dannede sig. 

Ved at kombinere teorier om, hvordan CMB dannede sig med præcise målinger af dens udsving, kan fysikere bestemme, hvor hurtigt universet ekspanderede på det tidspunkt. Disse data kan derefter bruges til at beregne H0.

ACT scannede metodisk halve himlen mellem 2013 og 2016 og så især på mikrobølgelys. Derefter tilbragte forskere år med at rydde op og analysere dataene ved hjælp af supercomputere, fjerne andre mikrobølge kilder, der ikke er en del af CMB, for at sy sammen et fuldt kort over CMB. Hele tiden "blindede" de sig for implikationerne af deres arbejde, de skrev i deres papirer, hvilket betyder, at de ikke kiggede på, hvordan deres valg påvirkede skøn over H0 indtil slutningen. Først når det fulde CMB-kort var komplet, brugte forskerne det til at beregne H0.

Det nye CMB-kort tilbød også et nyt mål for afstanden mellem Jorden og CMB. Denne afstand kombineret med en ny måling af hvor hurtigt universet har udvidet sig over tid muliggjorde en nøjagtig beregning af universets alder.

"Jeg havde ikke en særlig præference for nogen bestemt værdi - det ville være interessant på den ene eller anden måde," sagde Choi.

-Universet: Big Bang til nu i 10 nemme trin

-De 15 underligste galakser i vores univers

-101 astronomibilleder, der vil sprænge dit sind

 Som det tidligere er rapporteret, er det stadig muligt, at en vis fejl i disse teorier skaber beregningen. Men det er ikke klart, hvad fejlen ville være.

Den anden tilgang til beregning af H0 er afhængig af pulserende stjerner kendt som cepheider, som regelmæssigt bor i fjerne galakser og impuls. Den tidsbestemte pulserende gør det muligt for forskere at udføre nøjagtige beregninger af deres bevægelse og afstande fra Jorden.

Med disse direkte hastighedsmålinger er det temmelig ligetil at komme med en måling på H0. Der er ingen komplicerede kosmologiske teorier involveret. Men det er muligt, nogle forskere har foreslået, at vores region af universet bare er underligt tomt og ikke repræsentativt for hele universet. Det er endda muligt, at der er måleproblemer med cepheiderne, og at disse kosmiske målepinde ikke fungerer helt, som fysikere forventer.

For øjeblikket forbliver den sande H0 et mysterium. Men CMB-forskere har mere ammunition for deres side af uenigheden.

Begge nye artikler, der beskriver den nye analyse, er blevet offentliggjort 14. juli til fortryksdatabasen arXiv og sendt til formel peer review.