Seberapa cepat Universe berkembang? Itu adalah pertanyaan yang belum dapat dijawab oleh para astronom secara akurat. Mereka memiliki nama untuk tingkat ekspansi Semesta: Konstan Hubble, atau Hukum Hubble. Namun pengukuran terus muncul dengan nilai yang berbeda, dan para astronom telah berdebat bolak-balik tentang masalah ini selama beberapa dekade.
Gagasan dasar di balik pengukuran Konstan Hubble adalah untuk melihat sumber cahaya yang jauh, biasanya jenis supernova atau bintang variabel yang disebut sebagai 'lilin standar,' dan untuk mengukur pergeseran merah cahayanya. Tetapi tidak peduli bagaimana para astronom melakukannya, mereka tidak dapat memberikan nilai yang disepakati, hanya sejumlah nilai. Sebuah studi baru yang melibatkan quasar dan lensa gravitasi dapat membantu menyelesaikan masalah ini.
Bahwa Semesta berkembang tidak dipertanyakan. Kami sudah mengetahui ini selama sekitar 100 tahun. Cahaya dari galaksi jauh bergeser merah saat mereka menjauh dari kita, dan mengukur bahwa pergeseran merah telah menghasilkan nilai yang berbeda untuk ekspansi universal.
"Konstanta Hubble menjangkar skala fisik alam semesta."
Simon Birrer, sarjana postdoctoral UCLA dan penulis utama studi ini.
Laju ekspansi diukur dalam kilometer per-detik per-Megaparsec, ditulis sebagai (km / d) / Mpc. Jadi misalnya, sesuatu yang meluas dengan kecepatan 10 (km / d) / Mpc berarti dua titik dalam ruang 1 megaparsec terpisah (setara dengan 3,26 juta tahun cahaya) berlomba menjauh satu sama lain dengan kecepatan 10 kilometer per kedua.
Ketika pertama kali ditemukan pada 1920-an, laju ekspansi diperkirakan 625 kps / Mpc. Tetapi mulai tahun 1950-an, penelitian yang lebih baik mengukurnya kurang dari 100 kps / Mpc. Dalam beberapa dekade terakhir, banyak penelitian telah mengukur tingkat ekspansi, dan muncul dengan kecepatan antara sekitar 67 hingga 77 kps / Mpc.
Tetapi sains tidak akan menerima serangkaian jawaban untuk sesuatu yang seharusnya memiliki satu nilai. Itu bukan ilmu jika itu terjadi. Jadi para ilmuwan terus mencoba berbagai cara untuk mengukur Konstan Hubble untuk melihat apakah mereka dapat melakukannya dengan benar, karena konstanta Hubble lebih dari sekadar ukuran perluasan alam semesta.
"Konstanta Hubble menjangkar skala fisik alam semesta," kata Simon Birrer, seorang sarjana pascadoktoral UCLA dan penulis utama studi ini. Tanpa nilai yang tepat untuk konstanta Hubble, para astronom tidak dapat secara akurat menentukan ukuran galaksi-galaksi terpencil, usia alam semesta, atau sejarah ekspansi kosmos. Jadi melakukan yang benar adalah masalah besar.
Sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Pemberitahuan Bulanan dari Royal Astronomical Society sedang mencoba metode baru untuk mengukur Hubble Constant. Penelitian ini dipimpin oleh tim astronom di UCLA, dan bergantung pada quasar yang jauh yang cahayanya mengalami pelapisan gravitasi sebelum mencapai Bumi.
Quasar adalah benda yang sangat terang. Mereka juga disebut inti galaksi aktif, karena mereka dianggap disebabkan oleh lubang hitam supermasif di pusat galaksi. Radiasi elektromagnetik yang mereka pancarkan disebabkan oleh cakram akresi berputar di sekitar lubang hitam. Saat cakram materi di sekitar lubang mempercepat, ia mengeluarkan sejumlah besar energi.
Karena quasar sangat terang, mereka dapat dilihat dari jarak yang sangat jauh. Ini menjadikannya tidak hanya objek studi yang menarik, tetapi juga berguna sebagai penanda untuk mempelajari Hukum Hubble.
Pelensaan gravitasi terjadi ketika sumber cahaya dari objek yang sangat jauh, quasar dalam penelitian ini, bertemu dengan galaksi intervensi sebelum mencapai pengamat di Bumi. Massa galaksi yang ekstrem cukup untuk membelokkan cahaya, mirip dengan cara yang dilakukan lensa kaca. Hasilnya adalah semacam efek 'rumah cermin'. Gambar di bawah ini menunjukkan seperti apa. Penemuan pelensaan gravitasi berhubungan paling erat dengan Einstein, meskipun baru pada tahun 1979 diamati.
Penelitian ini difokuskan pada quasar ganda. Quasar ganda, kadang-kadang disebut quasar kembar, bukan dua quasar yang saling berdekatan, tetapi lebih merupakan efek dari pelensaan gravitasi. Dengan quasar ganda, cahaya mereka berlensa di sekitar galaksi yang mengintervensi sebelum mencapai Bumi, menghasilkan dua gambar quasar. Tidak ada penelitian sebelumnya yang menggunakannya untuk mencoba menentukan tingkat ekspansi Semesta.
Saat cahaya dari quasar tertekuk di sekitar galaksi yang berintervensi, menghasilkan dua gambar quasar yang sama, ia menciptakan peluang pengamatan yang unik. Cahaya yang menciptakan gambar-gambar terpisah dari quasar menempuh jalan yang berbeda ke setiap gambar. Saat cahaya dari quasar berfluktuasi, ada jeda antara flicker di masing-masing dari dua gambar.
Dengan mengukur waktu tunda antara kerlipan, dan dengan mengetahui massa galaksi yang mengintervensi, tim menyimpulkan jarak antara Bumi, galaksi pelensa, dan quasar. Mengetahui pergeseran merah quasar dan galaksi memungkinkan para ilmuwan untuk memperkirakan seberapa cepat alam semesta berkembang.
Studi ini berfokus pada quasar ganda yang disebut SDSS J1206 + 4332, dan juga mengandalkan data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble, Gemini dan W.M. Observatorium Keck, dan dari jaringan Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses, atau COSMOGRAIL,. Tim menghabiskan beberapa tahun untuk mengambil gambar harian dari quasar ganda, yang memberi mereka pengukuran jeda waktu antar flicker yang sangat tepat. Ketika dikombinasikan dengan data lain, itu memberikan astronom salah satu pengukuran terbaik dari Hubble Constant.
"Keindahan dari pengukuran ini adalah sangat komplementer dan independen terhadap yang lain," kata Tommasso Treu, profesor fisika dan astronomi UCLA dan penulis senior makalah ini.
Jadi, Seberapa Cepat Mengembang?
“... alam semesta sedikit lebih rumit.
Tommasso Treu, profesor fisika dan astronomi UCLA.
Tim datang dengan nilai untuk Konstan Hubble dari 72,5 kilometer per detik per megaparsec. Hal ini sejalan dengan pengukuran lain yang menggunakan supernova jauh sebagai lilin standar untuk mengukur Konstan Hubble. Tapi ini sekitar 7% lebih tinggi dari pengukuran yang mengandalkan Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik untuk mengukurnya.
Ini bukan akhir dari perdebatan tentang Hukum Hubble. Masih ada perbedaan yang mengganggu antara metode pengukuran. Apa artinya? "Jika ada perbedaan aktual antara nilai-nilai itu, itu berarti alam semesta sedikit lebih rumit," kata Treu. Treu juga mengatakan bahwa salah satu pengukuran, atau bahkan ketiganya, salah.
Tim akan terus menggunakan metode pengukuran quasar-lensing mereka. Mereka melihat 40 quasar empat kali lipat untuk berharap memberi mereka pengukuran yang lebih tepat dari tingkat ekspansi Semesta.
Sumber:
- Makalah Penelitian: H0LiCOW - IX. Analisis kosmografis dari quasar yang dicitrakan ganda SDSS 1206 + 4332 dan pengukuran baru konstanta Hubble
- Siaran Pers UCLA: Melihat ganda dapat membantu menyelesaikan perselisihan tentang seberapa cepat alam semesta berkembang
- H0LiCOW
- Entri Wikipedia: Hukum Hubble
