azon a júliusi reggelen, egy csendes-óceáni akadályozott kilátással rendelkező szobában, úgy tűnt, hogy Riess második Nobel-díjat kapott a látnivalóiban. A tömeg 100 szakértője közül-az összes nagy kozmológiai projekt meghívott képviselői, a teoretikusok és más érdekelt szakemberek mellett-senki sem tagadhatja, hogy a siker esélye jelentősen javult az előző pénteken.

a konferencia előtt egy kozmológusokból álló csapat, akik magukat H0LiCOW-nak hívták, közzétette az univerzum tágulási sebességének új mérését. Hat távoli kvazár fényében a H0LiCOW a H0 — at 73, 3 kilométer / másodperc sebességgel rögzítette megaparsecenként-lényegesen magasabb, mint Planck előrejelzése. Ami számított, az az volt, hogy a H0licow 73.3 — ja milyen közel esett a H0-hoz a Sh0-k által-a Riess vezette csapat. A SH0ES a kozmikus tágulást egy “kozmikus távolságlétra” segítségével méri, egy lépésenkénti módszer a kozmológiai távolságok mérésére. A Sh0es legutóbbi, márciusi mérése szerint a H0 74.0, nos a H0LiCOW hibahatárain belül.

“a szívem megdöbbent” – mondta Riess a H0LiCOW eredményének korai pillantásáról két héttel Santa Barbara előtt.

hat évig a SH0ES csapata azt állította, hogy eltérést talált a korai univerzumon alapuló előrejelzésekkel. A kombinált SH0ES és H0LiCOW mérések átlépték az “öt szigma” néven ismert statisztikai küszöböt, ami jellemzően új fizika felfedezését jelenti. Ha a Hubble — állandó nem 67, hanem valójában 73 vagy 74, akkor a ΛCDM hiányzik valami-olyan tényező, amely felgyorsítja a kozmikus tágulást. Ez az anyag és energia ismerős keverékéhez hozzáadott extra összetevő gazdagabb kozmológiai megértést eredményez, mint a meglehetősen unalmas ΛCDM elmélet.

beszédében Riess a 67-73 közötti öbölről azt mondta: “ez a különbség erősnek tűnik.”tudom, hogy ezt a” Hubble állandó feszültségnek ” neveztük-tette hozzá -, de megengedjük-e még, hogy ezt problémának nevezzük?”

feltette a kérdést David Gross Nobel-díjas részecskefizikusnak, a Kavli Elméleti Fizikai Intézet (KITP) korábbi igazgatójának, ahol a konferencia zajlott.

“nem neveznénk feszültségnek vagy problémának, hanem inkább válságnak” – mondta Gross.

” akkor válságban vagyunk.”

azoknak, akik megpróbálják megérteni a kozmoszt, a válság az esély arra, hogy valami nagyot fedezzenek fel. Lloyd Knox, a Planck csapat tagja beszélt Riess után. “Lehet, hogy a Hubble-állandó feszültség az izgalmas bontás a ΛCDM-ben, amelyben mindannyian voltunk, vagy sokan voltunk, vártunk és reménykedtünk” – mondta.

A Hubble állandó Surd

amikor a tárgyalások véget értek a napra, sok résztvevő egy furgonba gyűlt össze a szállodába. A pálmafák mellett haladtunk, az óceán jobb oldalán, a Santa Ynez-hegység pedig a távoli balra. Wendy Freedman, a díszített Hubble állandó veterán, ült a második sorban. Egy 62 éves vékony, nyugodt nő, Freedman vezette azt a csapatot, amely az első H0 mérést 10% – os pontossággal végezte el, 2001-ben 72 eredményt ért el.

a sofőr, egy fiatal, szakállas Kaliforniai, hallott a Hubble bajról és arról, hogy minek is hívják. Feszültség, probléma vagy válság helyett azt javasolta, hogy “surd”, azaz értelmetlen vagy irracionális. A Hubble állandó surd.

Freedman azonban a látszólagos ellentmondás miatt kevésbé tűnt izgalmasnak, mint az átlagos conferencegoer, és nem volt hajlandó valódinak nevezni. “Még több dolgunk van” – mondta csendesen, szinte szófogadással.

Freedman évtizedekig javította a H0 méréseket a kozmikus távolságlépcső módszerrel. Hosszú ideig Cepheid csillagok segítségével kalibrálta létrájának lépcsőit-ugyanazok az ismert fényességű pulzáló csillagok, amelyeket a SH0ES “szokásos gyertyaként” is használ a kozmikus távolság létráján. De aggódik az ismeretlen hibaforrások miatt. “Tudja, hol vannak eltemetve a csontvázak” -mondta Barry Madore, Freedman fehér szakállú férje és közeli munkatársa, aki a sofőr mellett ült.

Freedman azt mondta, ezért ő, Madore és a Carnegie-Chicago Hubble programjuk (CCHP) néhány évvel ezelőtt a “vörös óriáság csúcsa” csillagokat (TRGBs) használta egy új kozmikus távolságlépcső kalibrálására. A trgb-k azok a csillagok, mint a mi napunk, röviden életük végén alakulnak át. Dagadt és piros, egyre fényesebb, amíg el nem éri a jellegzetes csúcs fényerő okozta hirtelen meggyullad a hélium a magok. Freedman, Madore és Myung Gyoon Lee először 1993-ban mutatott rá, hogy ezek a csúcsvörös óriások hagyományos gyertyaként szolgálhatnak. Most Freedman tette őket dolgozni. Ahogy kiszálltunk a furgonból, megkérdeztem tőle a tervezett beszélgetéséről. “Holnap ebéd után ez a második beszélgetés” – mondta.

“Légy ott” – mondta Madore, csillogva a szemében, ahogy elváltunk.

amikor megérkeztem a szállodai szobámba, és megnéztem a Twittert, azt tapasztaltam, hogy minden megváltozott. Freedman, Madore és a CCHP csapatuk dolgozata épp most esett le. A csúcs-of-the-vörös-óriás-ág csillagok segítségével a Hubble — állandót 69.8-ra rögzítették-nevezetesen a sh0es’ 74.0 méréséből, a cepheids és a H0LiCOW ‘ s 73 segítségével.3 a kvazároktól, és több mint félúton Planck 67,4-es jóslatáig. “Az univerzum csak szórakozik velünk ezen a ponton, igaz?”egy asztrofizikus tweetelt. A dolgok egyre surd.

Dan Scolnic, a Duke Egyetemen székelő sh0es fiatal tagja azt mondta, hogy ő, Riess és két másik csapattag összejöttek, ” próbálják kitalálni, mi volt az újságban. Adam és én elmentünk vacsorázni, és eléggé zavarban voltunk, mert amit eddig láttunk, az a cepheids és a trgbs nagyon jó megállapodást kötött.”

hamarosan beilleszkedtek a papír kulcsváltozásába: egy új módszer a por hatásainak mérésére a TRGBs belső fényerejének mérésekor — a kozmikus távolság létra első foka. “Egy csomó kérdésünk volt ezzel az új módszerrel kapcsolatban” – mondta Scolnic. Mint a többi résztvevő szétszórva a Best Western Plus-ban, másnap türelmetlenül várták Freedman beszédét. Scolnic tweetelt, ” holnap lesz érdekes.”

Építeni Távolság Létra

a Feszültséget, problémát, válság, surd — ott már a Hubble-állandó valami, a 90 éve, amióta az Amerikai csillagász Edwin Hubble telkek a távolságok, valamint recessional sebesség galaxisok azt mutatta, hogy a tér minden távolodik tőlünk (Hubble saját hajlandó elfogadni ezt a következtetést ellenére). Az egyik Minden idők legnagyobb kozmológiai felfedezése, a kozmikus terjeszkedés azt jelenti, hogy az univerzumnak véges kora van.

az objektum rekeszsebességének a távolságához viszonyított aránya adja a Hubble állandót. De mivel könnyű megmondani, hogy egy csillag vagy galaxis milyen gyorsan visszahúzódik — csak mérje meg frekvenciáinak Doppler — eltolódását, ami hasonló a sziréna hangmagasságához, amikor a mentő elhajt-sokkal nehezebb megmondani az éjszakai égbolt fénycsap távolságát.

Henrietta Leavitt, a Harvard College Obszervatórium egyik emberi “számítógépe” fedezte fel 1908-ban, hogy a cepheid csillagok fényességükkel arányos frekvenciával pulzálnak. A nagy, fényes cepheids lassabban pulzál, mint a kicsi, homályos (ugyanúgy, mint egy nagy harmonika nehezebb tömöríteni, mint egy apró). Tehát egy távoli cepheid pulzációiból le lehet olvasni, hogy milyen belülről fényes. Hasonlítsa össze, hogy milyen halvány a csillag jelenik meg, és meg lehet mondani a távolság — és a távolság a galaxis van benne.

Az 1920-as években a Hubble a cepheids és Leavitt törvényét használta fel arra a következtetésre, hogy az Andromeda és más “spirális ködök” (ahogy ismertek voltak) különálló galaxisok, amelyek messze túlmutatnak a Tejútrendszerünkön. Ez először tárta fel, hogy a Tejút nem az egész univerzum — az univerzum valójában elképzelhetetlenül hatalmas. A Hubble ezután cepheideket használt a közeli galaxisok távolságának levezetésére, amelyek sebességük ellenére kozmikus terjeszkedést tártak fel.

Hubble túlbecsülte a sebességet, mint 500 kilométer másodpercenként megaparsec, de a szám csökkent, mivel a kozmológusok cepheideket használtak az egyre pontosabb kozmikus távolságlépcsők kalibrálására. Az 1970-es évektől kezdve a kiváló megfigyelő kozmológus és Hubble protégé Allan Sandage azzal érvelt, hogy a H0 körülbelül 50 éves. Riválisai különböző csillagászati megfigyelések alapján körülbelül 100 értéket követeltek. A vitriolos 50-versus-100 vita a 80-as évek elején tombolt, amikor Freedman, egy fiatal kanadai, aki postdocként dolgozott a Carnegie Megfigyelőközpontokban Pasadenában, Kalifornia, ahol Sandage is dolgozott, elindult a kozmikus távlétrák javítása érdekében.

ahhoz, hogy egy távolság létra, akkor kezdődik kalibrálása a távolság a csillagok ismert fényerő, mint például a cepheids. Ezek a standard gyertyák felhasználhatók a távolabbi galaxisok halványabb cepheidjeinek távolságainak felmérésére. Ez megadja az “1A típusú szupernóvák” távolságát ugyanabban a galaxisban-kiszámítható csillagrobbanások, amelyek sokkal fényesebbek, bár ritkábbak, standard gyertyák. Ezután használja ezeket a szupernóvákat, hogy felmérje a távolságokat több száz távolabbi szupernóvára, olyan galaxisokban, amelyek szabadon mozognak a kozmikus terjeszkedés áramában, úgynevezett “Hubble flow”.”Ezek a szupernóvák, amelyek sebesség-távolság aránya H0-t ad.

de bár a szokásos gyertya halványsága állítólag megmondja a távolságát, a por is tompítja a csillagokat, így távolabb néznek ki, mint ők. Más csillagok zsúfoltsága fényesebbé teheti őket (így közelebb). Továbbá, még a feltételezett standard-gyertya csillagok eredendő eltérések miatt kor és fémes, hogy ki kell javítani. Freedman új módszereket dolgozott ki számos szisztematikus hibaforrás kezelésére. Amikor elkezdett egyre H0 értékek magasabb, mint Sandage, ő lett antagonista. “Neki, fiatal kezdő voltam” – mondta 2017-ben. Ennek ellenére a ‘ 90-es években összeállította és vezette a Hubble Űrteleszkóp Kulcsprojektjét, egy küldetést, hogy az új Hubble teleszkóp segítségével mérje meg a cepheids és a szupernóvák távolságát, nagyobb pontossággal, mint valaha. A csapat által 2001-ben közzétett 72 H0 értéke megosztotta a különbséget az 50-versus-100 vitában.

Freedmant két évvel később nevezték ki a Carnegie Observatories igazgatójának, Sandage főnökévé. Ő kegyes volt, ő meg megpuhult. De “haláláig” – mondta -, úgy vélte, hogy a Hubble-állandónak nagyon alacsony értéke van.”

néhány évvel Freedman 72-es mérése után, 10% – os pontossággal, Riess, aki a Johns Hopkins Egyetem professzora, bejutott a kozmikus távolság létra játékába, 1% – on belül szögezte le a H0-t, annak reményében, hogy jobban megértse a közösen felfedezett sötét energiát. Azóta a SH0ES csapata folyamatosan szigorította a létra lépcsőit — különösen az első és legfontosabb: a kalibrációs lépést. Ahogy Riess fogalmazott: “milyen messze van valami? Ezután az élet könnyebbé válik; viszonylagos dolgokat mérsz.”Az SH0ES jelenleg öt független módszert használ a cepheid kalibrátoraik távolságának mérésére. “Mindannyian nagyon jól értenek egyet, és ez sok önbizalmat ad nekünk” – mondta. Mivel adatokat gyűjtöttek és javították elemzésüket, a H0 körüli hibaarányok 2009-ben 5% – ra csökkentek, majd 3,3% – ra, majd 2,4% – ra, majd márciustól 1,9% – ra.

eközben 2013 óta a Planck csapat kozmikus mikrohullámú háttértérképének egyre pontosabb iterációi lehetővé tették a H0 értékének pontosabb extrapolálását. 2018-as elemzésében a Planck 1% – os pontossággal 67, 4-nek találta a H0-at. Mivel a Planck és a SH0ES több mint” négy szigma ” egymástól, kétségbeesett igény merült fel a független mérésekhez.

Tommaso Treu, a H0licow egyik alapítója és a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem professzora a Pisai hallgatói napok óta álmodott arról, hogy a Hubble-állandót időtúllépéses kozmográfiával méri — ez a módszer teljesen átugorja a kozmikus távolság létrájának lépcsőit. Ehelyett közvetlenül meghatározza a kvazároktól való távolságot — a távoli galaxisok villogó, izzó központjait-azáltal, hogy gondosan méri a kvazár különböző képei közötti késleltetést, amelyek fénye a beavatkozó anyag körül hajlik.