Teleskop James Webb mungkin akhirnya memecahkan krisis kosmologi

Sebuah studi analitis yang dilakukan oleh Universitas Chicago untuk mengukur laju perluasan alam semesta menyimpulkan bahwa mungkin tidak ada yang namanya “ketegangan Hubble”.

“Krisis dalam kosmologi”, yang dipicu oleh perbedaan pengukuran perluasan alam semesta, mungkin hampir terselesaikan berkat… Teleskop Luar Angkasa James WebbData baru yang dianalisis oleh para ilmuwan menunjukkan bahwa turbulensi Hubble mungkin tidak sekuat yang diperkirakan sebelumnya. Ini berarti model alam semesta yang kita miliki saat ini masih akurat.

Pembahasan tentang laju perluasan alam semesta

Kita tahu banyak tentang alam semesta kita, namun para astronom masih memperdebatkan seberapa cepat ia berkembang. Memang benar, selama dua dekade terakhir, dua cara utama untuk mengukur angka ini – yang dikenal sebagai konstanta Hubble – memberikan jawaban yang berbeda-beda, sehingga membuat beberapa orang bertanya-tanya apakah ada sesuatu yang hilang dalam model kita tentang cara kerja alam semesta.

Wawasan baru dari Teleskop Luar Angkasa James Webb

Namun pengukuran baru yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb menunjukkan bahwa mungkin tidak ada konflik, yang juga dikenal sebagai “ketegangan Hubble”.

Dalam makalah yang diserahkan kepada Jurnal Astrofisika, Universitas Chicago Kosmolog Wendy Friedman dan rekan-rekannya menganalisis data baru yang ditangkap NASAPara ilmuwan telah mampu mengukur jarak ke sepuluh galaksi terdekat menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb yang canggih, dan juga mampu mengukur nilai baru untuk laju perluasan alam semesta saat ini.

Diukur pada 70 kilometer per detik per megaparsecyang tumpang tindih dengan metode utama konstanta Hubble lainnya.

“Berdasarkan data Teleskop James Webb baru ini dan menggunakan tiga metode independen, kami tidak menemukan bukti kuat adanya ketegangan Hubble,” kata Friedman, astronom terkenal dan profesor astronomi dan astrofisika di Universitas Chicago , tampaknya model kosmologis standar kita untuk menjelaskan evolusi alam semesta tetap teguh.”

Stres Hubble?

Kita telah mengetahui bahwa alam semesta mengembang seiring berjalannya waktu sejak tahun 1929, ketika Edwin Hubble (lulusan Universitas Chicago tahun 1910, Ph.D. tahun 1917) melakukan pengukuran terhadap bintang-bintang yang menunjukkan bahwa galaksi-galaksi yang jauh dari Bumi bergerak menjauhi Bumi lebih cepat dibandingkan galaksi-galaksi terdekat. . Namun sangat sulit untuk memberikan angka pasti seberapa cepat alam semesta berkembang saat ini.

Angka ini, yang dikenal sebagai konstanta Hubble, penting untuk memahami latar belakang alam semesta. Ini adalah bagian mendasar dari model kami tentang bagaimana alam semesta berevolusi seiring waktu.

“Mengkonfirmasi realitas tensor konstan Hubble akan berdampak besar bagi fisika fundamental dan kosmologi modern,” jelas Friedman.

Berbagai cara pengukuran

Mengingat pentingnya dan sulitnya melakukan pengukuran ini, para ilmuwan mengujinya menggunakan metode berbeda untuk memastikan keakuratannya.

Salah satu pendekatan utama melibatkan mempelajari sisa cahaya dari bangun tidur Ledakan besaryang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik. Estimasi konstanta Hubble terbaik saat ini menggunakan metode yang sangat akurat ini adalah 67,4 kilometer per detik per megaparsec.

Metode besar kedua, yang menjadi spesialisasi Friedman, adalah mengukur secara langsung perluasan galaksi di lingkungan kosmik lokal kita, menggunakan bintang-bintang yang kecerahannya kita ketahui. Sama seperti lampu mobil yang tampak lebih redup ketika berada jauh, bintang pun tampak lebih redup pada jarak yang semakin jauh. Dengan mengukur jarak dan kecepatan galaksi menjauh dari kita, kita dapat menyimpulkan seberapa cepat alam semesta mengembang.

Di masa lalu, pengukuran yang dilakukan dengan cara ini menghasilkan angka konstanta Hubble yang lebih tinggi — mendekati 74 kilometer per detik per megaparsec.

Teka-teki ketegangan Hubble

Perbedaan ini cukup besar sehingga beberapa ilmuwan berspekulasi bahwa ada sesuatu yang penting yang mungkin hilang dari model standar evolusi alam semesta. Misalnya, karena satu metode melihat masa-masa awal alam semesta dan metode lainnya melihat era saat ini, sesuatu yang besar di alam semesta mungkin telah berubah seiring berjalannya waktu. Perbedaan yang nyata ini dikenal sebagai “ketegangan Hubble”.

Masuk ke Teleskop Luar Angkasa James Webb

Teleskop Luar Angkasa James Webb, atau JWST, menawarkan kepada umat manusia alat baru yang ampuh untuk melihat jauh ke luar angkasa. Diluncurkan pada tahun 2021, penerus Teleskop Hubble, teleskop ini telah menangkap gambar yang sangat tajam, mengungkap aspek baru dari dunia yang jauh, mengumpulkan data yang belum pernah ada sebelumnya, dan membuka jendela baru tentang alam semesta.

Friedman dan rekan-rekannya menggunakan teleskop untuk melakukan pengukuran terhadap 10 galaksi terdekat yang menjadi dasar pengukuran laju ekspansi alam semesta.

Untuk memverifikasi hasilnya, mereka menggunakan tiga metode independen. Metode pertama menggunakan jenis bintang yang dikenal sebagai bintang variabel Cepheid, yang kecerahannya dapat diprediksi seiring berjalannya waktu. Metode kedua dikenal sebagai “ujung cabang raksasa merah”, dan menggunakan fakta bahwa bintang bermassa rendah mencapai batas atas kecerahannya. Metode ketiga dan terbaru menggunakan jenis bintang yang disebut bintang karbon, yang memiliki warna dan kecerahan konstan dalam spektrum cahaya inframerah-dekat. Analisis baru ini adalah yang pertama yang menggunakan ketiga metode secara bersamaan, dalam galaksi yang sama.

Evaluasi ulang konstanta Hubble

Dalam setiap kasus, nilainya berada dalam margin kesalahan dari nilai yang diberikan oleh metode latar belakang gelombang mikro kosmik yaitu 67,4 kilometer per detik per megaparsec.

“Mendapatkan persetujuan yang baik dari tiga jenis bintang yang sangat berbeda, bagi kami, merupakan indikator kuat bahwa kami berada di jalur yang benar,” kata Friedman.

“Pengamatan di masa depan dengan menggunakan Teleskop James Webb akan sangat penting untuk mengkonfirmasi atau menyangkal teori tensor Hubble dan menilai implikasinya terhadap kosmologi,” kata rekan penulis studi Barry Madore dari University of British Columbia. Yayasan Sains Carnegie dan dosen tamu di Universitas Chicago.

Referensi: “Laporan Status Chicago-Carnegie Hubble Program (CCHP): Tiga Perkiraan Astrofisika Independen Konstanta Hubble Menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb” oleh Wendy L. Friedman, dan Barry F. Madore, V.Song Jang, dan Taylor J. Hoyt, dan Abigail J. Lee, dan Kayla A. Owens, 12 Agustus 2024, Astrofisika > Kosmologi dan astrofisika non-galaksi.
arXiv:2408.06153

Rekan penulis lain dari makalah ini adalah peneliti UChicago In Sung Jang, Taylor Hoyt (Ph.D. ’22, sekarang di Lawrence Berkeley National Laboratory), dan mahasiswa pascasarjana UChicago Kayla Owens dan Abby Lee.

Pendanaan: NASA.