Sebuah analisis baru oleh seorang astronom Universitas Chicago telah berdamai dengan “ketegangan Hubble” yang gigih dari Model Standar.

Alam semesta kita mengembang, tetapi cara utama kita untuk mengukur seberapa cepat ekspansi itu terjadi telah menghasilkan jawaban yang berbeda. Selama dekade terakhir, ahli astrofisika secara bertahap dibagi menjadi dua kubu: kubu yang percaya perbedaannya signifikan, dan kubu yang berpikir itu mungkin karena kesalahan pengukuran.

Jika ternyata kesalahan menyebabkan ketidakcocokan, ini akan mengkonfirmasi model dasar kita tentang cara kerja alam semesta. Kemungkinan lain memperkenalkan utas yang, ketika ditarik, menunjukkan bahwa beberapa fisika dasar baru yang hilang diperlukan untuk menyambungkannya kembali. Selama beberapa tahun, setiap bukti baru dari teleskop telah mengayunkan argumen bolak-balik, sehingga menimbulkan apa yang disebut “ketegangan Hubble”.

Wendy Friedman, seorang astronom terkenal dan Profesor Astronomi dan Astrofisika John dan Marion Sullivan di Universitas Chicago, membuat beberapa pengukuran asli dari laju ekspansi alam semesta yang menghasilkan nilai konstanta Hubble yang lebih tinggi. Tetapi dalam makalah ulasan baru diterima Jurnal Astrofisika لة, Friedman memberikan gambaran tentang pengamatan terbaru. Kesimpulannya: Pengamatan baru-baru ini mulai mengisi kesenjangan.

Ini berarti bahwa mungkin tidak ada konflik sama sekali, dan model standar alam semesta kita tidak memerlukan banyak modifikasi.

Laju di mana alam semesta mengembang disebut konstanta Hubble, yang disebut UChicago alum Edwin Hubble, SB 1910, PhD 1917, yang dipuji karena menemukan perluasan alam semesta pada tahun 1929. Para ilmuwan ingin menentukan laju ini dengan tepat, karena konstanta Hubble terkait dengan usia alam semesta dan bagaimana ia berevolusi dari waktu ke waktu.

Kerutan besar telah muncul dalam dekade terakhir ketika hasil untuk dua metode pengukuran utama mulai berbeda. Tetapi para ilmuwan masih memperdebatkan pentingnya ketidakcocokan tersebut.

Salah satu cara untuk mengukur konstanta Hubble adalah dengan melihat cahaya yang sangat redup yang tersisa dari Big Bang, yang disebut latar belakang gelombang mikro kosmik. Ini telah dilakukan di luar angkasa dan di Bumi menggunakan fasilitas seperti Teleskop Antartika yang dipimpin oleh UChicago. Para ilmuwan dapat memasukkan pengamatan ini ke dalam “model standar” mereka tentang alam semesta awal dan menjalankannya tepat waktu untuk memprediksi seperti apa konstanta Hubble hari ini; Mereka mendapatkan jawaban 67,4 kilometer per detik per megaparsec.

Cara lainnya adalah dengan melihat bintang dan galaksi di alam semesta terdekat, dan mengukur jarak mereka dan seberapa cepat mereka bergerak menjauh dari kita. Friedman adalah seorang ahli terkemuka dalam metode ini selama beberapa dekade; Pada tahun 2001, timnya melakukan salah satu pengukuran paling luar biasa menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble untuk memotret bintang yang disebut Cepheids. Nilai yang mereka temukan adalah 72. Friedman terus mengukur Cepheid di tahun-tahun berikutnya, meninjau lebih banyak data teleskop setiap kali. Namun, pada 2019, ia dan rekan-rekannya menerbitkan jawaban berdasarkan metode yang sama sekali berbeda menggunakan bintang yang disebut raksasa merah. Idenya adalah untuk memverifikasi Cepheid secara independen.

Raksasa merah sangat besar, bintang bercahaya yang selalu mencapai kecerahan puncak yang sama sebelum menghilang dengan cepat. Jika para ilmuwan dapat secara akurat mengukur kecerahan puncak aktual atau intrinsik dari raksasa merah, mereka kemudian dapat mengukur jarak ke galaksi tuan rumah mereka, bagian penting tetapi rumit dari persamaan. Pertanyaan utamanya adalah seberapa akurat pengukuran ini.

Versi pertama dari perhitungan ini pada tahun 2019 menggunakan satu galaksi yang sangat dekat untuk mengkalibrasi luminositas bintang raksasa merah. Selama dua tahun terakhir, Friedman dan rekan-rekannya telah menjalankan nomor untuk beberapa galaksi dan kelompok bintang yang berbeda. “Sekarang ada empat cara independen untuk mengkalibrasi luminositas raksasa merah, dan mereka setuju 1% satu sama lain,” kata Friedman. “Ini menunjukkan kepada kita bahwa ini adalah cara yang sangat baik untuk mengukur jarak.”

“Saya benar-benar ingin melihat baik Cepheid dan raksasa merah dengan hati-hati. Saya tahu betul kekuatan dan kelemahan mereka,” kata Friedman. “Saya sampai pada kesimpulan bahwa kita tidak memerlukan fisika fundamental baru untuk menjelaskan perbedaan lokal. dan tingkat ekspansi yang jauh. Data untuk raksasa merah baru tampaknya konsisten.”

Mahasiswa pascasarjana Universitas Chicago Taylor Hoyt, yang telah melakukan pengukuran bintang raksasa merah di galaksi jangkar, menambahkan, “Kami terus mengukur dan menguji sub-bintang raksasa merah dengan berbagai cara, dan mereka terus melampaui harapan kami.”

Nilai konstanta Hubble yang diperoleh tim Friedman pada raksasa merah adalah 69,8 km/s/sejuta – hampir sama dengan nilai yang diperoleh dari eksperimen latar belakang gelombang mikro kosmik. “Tidak ada fisika baru yang diperlukan,” kata Friedman.

Perhitungan menggunakan bintang Cepheid masih memberikan angka yang lebih tinggi, tetapi menurut analisis Friedman, perbedaannya mungkin tidak mengkhawatirkan. “Bintang Cepheid selalu sedikit lebih berisik dan sedikit lebih rumit untuk dipahami sepenuhnya; mereka adalah bintang muda di daerah aktif pembentuk bintang di galaksi, dan itu berarti ada potensi hal-hal seperti debu atau polusi dari bintang lain untuk dibuang. pengukuran Anda,” jelasnya.

Menurutnya, konflik tersebut bisa diselesaikan dengan data yang lebih baik.

Tahun depan, ketika Teleskop Luar Angkasa James Webb diperkirakan akan diluncurkan, para ilmuwan akan mulai mengumpulkan pengamatan baru tersebut. Friedman dan rekan-rekannya telah memiliki waktu di teleskop untuk program besar untuk membuat lebih banyak pengukuran dari kedua bintang raksasa Cepheid dan bintang raksasa merah. “Webb akan memberi kita sensitivitas dan akurasi yang lebih tinggi, dan data akan benar-benar menjadi lebih baik, segera,” katanya.

Tapi sementara itu, dia ingin melihat lebih dekat pada data yang ada, dan dia menemukan bahwa banyak yang benar-benar setuju.

“Begitulah cara sains berjalan,” kata Friedman. “Anda menendang ban untuk melihat apakah ada yang kempes, dan sejauh ini, tidak ada yang bocor.”

Beberapa sarjana yang telah mendukung ketidakcocokan intrinsik mungkin kecewa. Tapi bagi Friedman, salah satu jawaban itu menarik.

“Masih ada ruang untuk fisika baru, tetapi bahkan jika tidak ada ruang untuk fisika baru, itu akan menunjukkan bahwa Model Standar kami secara fundamental benar, yang juga merupakan kesimpulan mendalam yang harus dibuat,” katanya. “Inilah hal yang menarik tentang sains: Kami tidak tahu jawabannya di depan. Kami belajar saat kami maju. Ini waktu yang sangat menyenangkan untuk berada di bidang ini.”

Referensi: “Pengukuran Konstanta Hubble: Ketegangan dalam Perspektif” oleh Wendy Friedman, 30 Juni 2021, Jurnal Astrofisika لة.