Die Messung der Hubble-Konstante, also der Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, ist ein aktives Forschungsgebiet von Astronomen auf der ganzen Welt, die Daten von boden- und weltraumgestützten Observatorien analysieren. Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA hat bereits zu dieser laufenden Diskussion beigetragen. Anfang dieses Jahresverwendeten Astronomen Webb-Daten mit Cepheid-Variablen und Supernovae vom Typ Ia, zuverlässige Entfernungsmarker, um die Expansionsrate des Universums zu messen, um die früheren Messungen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA zu bestätigen.
Jetzt verwenden Forscher eine unabhängige Messmethode, um die Präzision der Hubble-Konstante weiter zu verbessern: Supernovae mit Gravitationslinsen. Brenda Frye von der University of Arizona leitet diese Bemühungen zusammen mit einem Team aus vielen Forschern verschiedener Institutionen auf der ganzen Welt, nachdem Webb drei Lichtpunkte in Richtung eines entfernten und dicht besiedelten Galaxienhaufens entdeckt hat. Das Space Telescope Science Institute hat kürzlich Dr. Frye eingeladen, uns mehr darüber zu erzählen, was das Team Supernova H0pe genannt hat und wie Gravitationslinseneffekte Einblicke in die Hubble-Konstante liefern.
„Alles begann mit einer Frage des Teams: ‚Was sind das für drei Punkte, die vorher nicht da waren? Könnte das eine Supernova sein?‘“, sagte sie. „Die Lichtpunkte, die in den Hubble-Aufnahmen desselben Sternhaufens im Jahr 2015 nicht sichtbar waren, waren offensichtlich, als die Bilder von PLCK G165.7+67.0 aus Webbs „Guaranteed Time Observations of the Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science“ (PEARLS) auf der Erde ankamen. Das Team stellt fest, dass die Frage aus gutem Grund als erstes in den Sinn kam: „Das Feld von G165 wurde für dieses Programm aufgrund seiner hohen Sternentstehungsrate von mehr als 300 Sonnenmassen pro Jahr ausgewählt.“ das korreliert mit höheren Supernova-Raten.“
„Erste Analysen bestätigten, dass diese Punkte einem explodierenden Stern entsprachen, einem Stern mit seltenen Eigenschaften. Erstens handelt es sich um eine Supernova vom Typ Ia, die Explosion eines Weißen Zwergsterns. Diese Art von Supernova wird allgemein als „Standardkerze“ bezeichnet, was bedeutet, dass die Supernova hatte eine bekannte intrinsische Helligkeit. Zweitens ist sie gravitativ linsenförmig.
„Gravitationslinsen sind für dieses Experiment wichtig. Die Linse, die aus einem Galaxienhaufen besteht, der sich zwischen der Supernova und uns befindet, beugt das Licht der Supernova in mehrere Bilder. Dies ähnelt der Art und Weise, wie ein dreifach gefalteter Kosmetikspiegel drei verschiedene Bilder von a präsentiert.“ Im Webb-Bild wurde dies direkt vor unseren Augen dadurch demonstriert, dass das mittlere Bild im Verhältnis zu den anderen beiden Bildern gespiegelt war, ein von der Theorie vorhergesagter „Linseneffekt“.
„Um drei Bilder zu erhalten, wanderte das Licht auf drei verschiedenen Wegen. Da jeder Weg eine andere Länge hatte und sich das Licht mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitete, wurde die Supernova in dieser Webb-Beobachtung zu drei verschiedenen Zeitpunkten während ihrer Explosion abgebildet. Im dreifach gefalteten Spiegel Analog dazu kam es zu einer Zeitverzögerung, in der der rechte Spiegel eine Person zeigte, die einen Kamm hochhob, der linke Spiegel das Kämmen von Haaren zeigte und der mittlere Spiegel die Person zeigte, die den Kamm weglegte.
„Trifold-Supernova-Bilder sind etwas Besonderes: Die Zeitverzögerungen, die Supernova-Entfernung und die Gravitationslinseneigenschaften ergeben einen Wert für die Hubble-Konstante oder H0 (ausgesprochen H-naught). Die Supernova wurde SN H0pe genannt, da sie den Astronomen Hoffnung gibt, das Universum besser zu verstehen.“ sich ändernde Expansionsrate.
„Um SN H0pe weiter zu erforschen, verfasste das PEARLS-Clusters-Team einen Webb Director’s Discretionary Time (DDT)-Vorschlag, der von Wissenschaftsexperten in einer doppelt anonymen Überprüfung bewertet und von der Webb Science Policies Group für DDT-Beobachtungen empfohlen wurde Parallel dazu wurden Daten am MMT, einem 6,5-Meter-Teleskop auf dem Mt. Hopkins, und dem Large Binocular Telescope auf dem Mt. Graham, beide in Arizona, erfasst. Durch die Analyse beider Beobachtungen konnte unser Team bestätigen, dass SN H0pe verankert ist eine Hintergrundgalaxie, weit hinter dem Haufen, die 3,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte.
„SN H0pe ist eine der am weitesten entfernten Typ-Ia-Supernovae, die bisher beobachtet wurde. Ein anderes Teammitglied führte eine weitere Zeitverzögerungsmessung durch, indem es die Entwicklung seines in seine konstituierenden Farben oder ‚Spektrum‘ zerstreuten Lichts von Webb analysierte, was die Art des Typ-Ia-Supernovas bestätigte.“ SN H0pe.
„Sieben Untergruppen steuerten Linsenmodelle bei, die die 2D-Materieverteilung des Galaxienhaufens beschreiben. Da es sich bei der Typ-Ia-Supernova um eine Standardkerze handelt, wurde jedes Linsenmodell nach seiner Fähigkeit „bewertet“, die Zeitverzögerungen und Supernova-Helligkeiten relativ zu den tatsächlichen Messwerten vorherzusagen .
„Um Verzerrungen vorzubeugen, wurden die Ergebnisse dieser unabhängigen Gruppen geblendet und einander am angekündigten Tag und zur angekündigten Uhrzeit einer ‚Live-Entblindung‘ mitgeteilt.“ Das Team gibt den Wert für die Hubble-Konstante mit 75,4 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec an, plus 8,1 oder minus 5,5. [One parsec is equivalent to 3.26 light-years of distance.] Dies ist erst die zweite Messung der Hubble-Konstante mit dieser Methode und das erste Mal mit einer Standardkerze. Der leitende Forscher des PEARLS-Programms bemerkte: „Dies ist eine der großen Webb-Entdeckungen und führt zu einem besseren Verständnis dieses grundlegenden Parameters unseres Universums.“
„Die Ergebnisse unseres Teams sind beeindruckend: Der Wert der Hubble-Konstante stimmt mit anderen Messungen im lokalen Universum überein und steht in gewissem Widerspruch zu den Werten, die erhalten wurden, als das Universum noch jung war. Webb-Beobachtungen in Zyklus 3 werden die Unsicherheiten verbessern und empfindlichere Einschränkungen für H0 ermöglichen.“ .“