새로운 측정은 우주에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있습니다.

우주는 팽창하고 있지만 정확히 얼마나 빠릅니까? 답은 빅뱅의 메아리(우주 마이크로파 배경 또는 CMB)를 기반으로 허블 상수 또는 H0라고 하는 우주 팽창 속도를 추정하는지 아니면 H0를 직접 측정하는지에 따라 달라집니다. 오늘날의 별과 은하. 허블 장력으로 알려진 이 문제는 전 세계의 천체물리학자와 우주론자들을 당혹스럽게 했습니다.

EPFL 물리학 연구소의 Richard Anderson이 이끄는 Stellar Standard Candles and Distances 연구 그룹이 수행한 연구는 퍼즐에 새로운 조각을 추가했습니다. 에 발표된 그들의 연구 천문학 및 천체물리학유럽 우주국(ESA)에서 수집한 데이터를 기반으로 지금까지 거리 측정을 위해 정의된 기간 동안 광도가 변동하는 변광성의 일종인 세페이드 별의 가장 정확한 보정을 달성했습니다. 가이아 사명. 이 새로운 보정은 Hubble 장력을 더욱 증폭시킵니다.

허블 상수(H0)는 1920년대 후반에 조르주 르메트르와 함께 이 현상을 발견한 천체물리학자의 이름을 따서 명명되었습니다. 1Mpc는 약 326만 광년입니다.

H0를 직접 측정하는 가장 좋은 방법은 “우주 거리 사다리”를 사용하는 것입니다. 이 사다리의 첫 번째 단계는 세페이드 밝기의 절대 보정에 의해 설정되며 현재 EPFL 연구에 의해 재보정됩니다. 차례로 Cepheids는 사다리의 다음 단계를 보정합니다. 여기서 초신성 (별의 수명이 다할 때 별의 강력한 폭발)은 우주 자체의 확장을 추적합니다. 2011년 노벨 물리학상 수상자 Adam Riess가 이끄는 SH0ES(Equation of State of Dark Energy) 팀을 위해 초신성 H0에 의해 측정된 이 거리 사다리는 H0를 73.0 ± 1.0 km/s/Mpc로 표시합니다.

빅뱅 이후 첫 번째 방사선

H0는 또한 130억년 전에 빅뱅에서 남겨진 유비쿼터스 마이크로파 복사인 CMB를 해석하여 결정할 수 있습니다. 그러나 이 “초기 우주” 측정 방법은 추정하다 우주가 어떻게 진화하는지에 대한 가장 상세한 물리적 이해를 모델에 따라 렌더링합니다. ESA의 플랑크 위성은 CMB에서 가장 완벽한 데이터를 제공했으며 이 방법에 따르면 H0는 67.4 ± 0.5 km/s/Mpc입니다.

허블 장력은 CMB(초기 우주) 방법을 사용하는지 또는 거리 사다리(후기 우주) 방법을 사용하는지에 따라 5.6km/s/Mpc의 이러한 불일치를 나타냅니다. 두 방법 모두에서 수행된 측정이 정확하다면 우주를 지배하는 기본 물리 법칙을 이해하는 데 문제가 있음을 의미합니다. 당연히 이 주요 문제는 천체물리학자의 방법이 신뢰할 수 있는 것이 얼마나 중요한지를 강조합니다.

새로운 EPFL 연구는 거리 추적자로서 Cepheids의 보정을 개선하여 거리 사다리의 첫 번째 단계를 강화하기 때문에 매우 중요합니다. 실제로 새로운 보정을 통해 천문 거리를 ±0.9% 이내로 측정할 수 있으며 이는 후기 우주 측정에 강력한 지원을 제공합니다. 또한 SH0ES 팀과 협력하여 EPFL에서 얻은 결과는 H0 측정을 개선하는 데 도움이 되었으며 결과적으로 정밀도가 향상되고 허블 장력의 중요성이 증가했습니다.

“우리의 연구는 73km/s/Mpc 확장 속도를 확인했지만 더 중요한 것은 현재까지 거리를 측정하는 도구로서 가장 정확하고 신뢰할 수 있는 Cepheids 보정을 제공한다는 것입니다.”라고 Anderson은 말합니다. “별들이 은하수를 함께 움직이는지 여부를 테스트하여 수백 개의 별들로 구성된 성단에 속하는 세페이드를 찾는 방법을 개발했습니다. 이 트릭 덕분에 우리는 최고의 지식을 활용할 수 있었습니다. 가이아의 많은 성단 구성원 별이 제공하는 정밀도 향상의 이점을 누리면서 시차 측정. 이를 통해 우리는 Gaia 시차의 정확도를 한계까지 끌어올릴 수 있었고 거리 사다리를 놓을 수 있는 가장 확고한 기반을 제공했습니다.”

기본 개념 재고

우주의 광대한 규모를 감안할 때 몇 km/s/Mpc의 차이가 중요한 이유는 무엇입니까? Anderson은 “이러한 불일치는 큰 의미가 있습니다.”라고 말합니다. “당신이 산의 반대쪽 두 면을 파서 터널을 만들고 싶다고 가정해 봅시다. 당신이 암석의 종류를 정확히 이해하고 당신의 계산이 정확하다면, 당신이 파고 있는 두 개의 구멍은 중앙에서 만날 것입니다. 하지만 그렇지 않다면 그것은 당신이 실수를 했다는 것을 의미합니다 — 당신의 계산이 틀렸거나 암석의 종류에 대해 틀렸다는 것입니다. 그것이 허블 상수에서 일어나는 일입니다. 우리가 계산이 정확하다는 것을 더 많이 확인할수록 정확할수록 우리는 불일치가 우주에 대한 우리의 이해가 잘못되었음을 의미하고 우주가 우리가 생각한 것과 같지 않다는 결론을 내릴 수 있습니다.”

불일치에는 다른 많은 의미가 있습니다. 그것은 암흑 에너지의 정확한 성질, 시공간 연속체, 중력과 같은 매우 근본적인 것에 의문을 제기합니다. “그것은 우리가 물리학에 대한 우리의 전반적인 이해의 기초를 형성하는 기본 개념을 다시 생각해야 한다는 것을 의미합니다.”라고 Anderson은 말합니다.

그의 연구 그룹의 연구는 다른 분야에서도 중요한 기여를 합니다. “우리의 측정은 매우 정확하기 때문에 은하수의 기하학에 대한 통찰력을 제공합니다”라고 Anderson 연구 그룹의 박사 과정 학생이자 연구의 수석 저자인 Mauricio Cruz Reyes는 말했습니다. “우리가 개발한 매우 정확한 캘리브레이션을 통해 우리은하의 크기와 모양을 평면 디스크 은하로 더 잘 결정할 수 있고 다른 은하와의 거리를 더 잘 결정할 수 있습니다. 우리의 작업은 또한 가이아 다른 망원경에서 찍은 것과 비교하여 데이터를 얻습니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230404113542.htm