Ett nytt sätt att mäta universums expansionshastighet: Redshift Drift

By | August 19, 2023

1929 publicerade Edwin Hubble de första solida bevisen på att universum expanderar. Baserat på data från Vesto Slipher och Henrietta Leavitt, visade Hubble en korrelation mellan galaktiskt avstånd och rödförskjutning. Ju längre bort en galax var, desto mer verkade dess ljus förskjutas mot den röda änden av spektrumet. Vi vet nu att detta beror på kosmisk expansion. Själva rymden expanderar, vilket gör att avlägsna galaxer verkar vara på väg bort från oss. Hastigheten för denna expansion är känd som Hubble-parametern, och även om vi har en god uppfattning om dess värde, finns det fortfarande lite spänning mellan de olika resultaten.

En av svårigheterna med att lösa denna spänning är att vi än så länge bara kan mäta den kosmiska expansionen som den ser ut nu. Det betyder också att vi inte kan avgöra om kosmisk expansion beror på generell relativitetsteori eller en mer subtil förlängning av Einsteins modell. Men när kraftfulla nya teleskop byggs kan vi observera utvecklingen av kosmisk expansion tack vare det som kallas rödförskjutningseffekten.

Hubble-parametern har ett värde på cirka 70 km/s per Megaparsec. Det betyder att om en galax är cirka 1 Megaparsec bort (cirka 3 miljoner ljusår), verkar den röra sig bort från oss med cirka 70 km/s. Om en galax är 2 Megaparsec bort kommer den att se ut att dra sig tillbaka med cirka 140 km/s. Ju större avståndet är från en galax, desto högre är dess skenbara hastighet. Eftersom universum fortfarande expanderar, blir en galax lite mer avlägsen varje år, och det betyder att dess rödförskjutning måste bli lite större. Med andra ord betyder kosmisk expansion att galaxernas rödförskjutningar måste bli mer rödförskjutna med tiden.

Ta bort alla annonser på Universe Today

Gå med i vår Patreon för bara $3!

Få den annonsfria upplevelsen för livet

Teoretisk rödförskjutningsavvikelse baserad på standardmodellen. Kredit: ESO/ELT Science Case

Denna avvikelse är extremt liten. För en galax 12 miljarder ljusår bort skulle dess skenbara hastighet vara cirka 95 % av ljusets hastighet, medan dess förskjutning bara skulle vara 15 cm/s per år. Det är för litet för nuvarande teleskop att observera. Men när Extremely Large Telescope (ELT) börjar samla in data 2027 kommer det att kunna observera denna förändring i tid. Uppskattningar är att efter 5 till 10 år av noggranna observationer bör ELT kunna se rödförskjutningar i storleksordningen 5 cm/s. Även om detta kommer att bli ett kraftfullt verktyg i vår förståelse av universum, kommer det att kräva mycket data och mycket tid. Så ett nytt dokument föreslår en annan metod med gravitationslinser.

Författarna kallar denna effekt för rödförskjutningsskillnaden. Istället för att titta på en galaxs rödförskjutning under decennier, föreslår teamet att leta efter avlägsna galaxer som är gravitationsmässigt påverkade av en närmare galax. Många avlägsna galaxer fokuseras av en närmare galax mellan oss och den avlägsna galaxen, men de flesta linsgalaxer visas som en enda förvrängd båge bredvid förgrundsgalaxen.

Hur gravitationslinser kan skapa flera bilder av galaxer. Kredit: NASA/CXC/M.Weiss

Men ibland kan gravitationslinser skapa flera bilder av en avlägsen galax. Eftersom varje bild av den avlägsna galaxen tar en något annorlunda väg för att nå oss, är avståndet för varje väg också något annorlunda. Så istället för att vänta årtionden på att en galax ska flytta ifrån oss, kan vi ta ögonblicksbilder av galaxen åtskilda av år eller decennier. Varje bild skulle ha en något annorlunda rödförskjutning, och genom att jämföra dem kunde vi mäta rödförskjutningen.

Detta är fortfarande bortom våra nuvarande upptäcktsmöjligheter. Men medan vi väntar på att teleskop som ELT ska komma online kan vi söka efter avlägsna galaxer med flera bilder. På så sätt, när vi har förmågan att upptäcka rödförskjutningen, behöver vi inte vänta årtionden på resultatet.

Referens: Melia, Fulvio. “Det ultimata testet av Rh = ct-universumet med rödförskjutning.” Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society: Brev 463,1 (2016): L61-L63.

Referens: Wang, Chengyi, Krzysztof Bolejko och Geraint F. Lewis. “Rödförskjutningsskillnaden i gravitationslinssystem: en ny kosmologisk sond.” arXiv prepress arXiv:2308.07529 (2023).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *