تلسکوپ فضایی جیمز وب سرعت انبساط کیهان را اندازه‌گیری کرد

تلسکوپ فضایی جیمز وب، سرعت انبساط جهان را اندازه‌گیری کرد و نتایج آن چندان خبر بزرگی برای بزرگ‌ترین بحران کیهان‌شناسی نیست. یافته‌های جیمز وب با اندازه‌گیری‌های تلسکوپ فضایی هابل کاملاً سازگار هستند. درنتیجه، هیچ خطایی در داده‌های هابل وجود نداشته و ما هنوز در بن‌بست به‌سر می‌بریم. عدم سازگاری بین روش‌های اندازه‌گیری متفاوت که با عنوان تنش هابل شناخته می‌شود، همچنان به قوت خود باقی است؛ بنابراین باید به روش دیگری برای محاسبه‌ی سرعت انبساط کیهان تکیه کنیم.

جهان اطراف ما به‌نظر ثابت می‌رسد اما هر آنچه می‌بینیم درواقع با سرعت بسیار چشمگیری موسوم به ثابت هابل یا H0 در حال دور شدن از ما است. مشخص نیست H0 چقدر سریع است اما به دلیل روش‌های اندازه‌گیری مختلف، نتایج متفاوتی به دست آمده‌اند.

یکی از روش‌های به دست‌آوردن ثابت هابل، بررسی آثار جهان آغازین مثل بقایای نور در تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی یا امواج آکوستیک منجمد در زمان است. روش دیگر، اندازه‌گیری فاصله با اجرامی مثل ابرنواختر نوع Ia یا ستاره‌های متغیر قیفاووسی است که درخشش ذاتی مشخصی دارند و نور آن‌ها با قاعده‌ی مشخصی نوسان می‌کند.

اولین روش نسبت انبساط ۶۷ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک و دومین روش سرعت ۷۳ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک را برگرداندند. به اختلاف بین این دو نتیجه، تنش هابل گفته می‌شود. این اندازه‌گیری‌ها بارها انجام شدند و به همین دلیل احتمال خطا برای هر تخمینی به شکل چشمگیری کاهش یافت. با این‌حال این احتمال وجود دارد که چیزی گمراه‌کننده در داده‌ها وجود داشته باشد. به‌ویژه که برخی از بهترین داده‌های مربوط به متغیرهای قیفاووسی از یک منبع یکسان یعنی تلسکوپ فضایی هابل به دست آمده‌اند.

به گفته‌ی آدام ریس، اخترفیزیکدان مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی (STScI)، متغیرهای قیفاووسی ابزار استاندارد طلایی برای اندازه‌گیری فاصله‌ی کهکشان‌هایی با فاصله‌ی صد میلیون سال نوری هستند که مرحله‌ای حیاتی برای تعیین ثابت هابل است. متأسفانه ستاره‌های کهکشان‌ها از نقطه‌ی دید ما در فضای کوچکی کنار هم جمع شده‌اند بنابراین نمی‌توان آن‌ها را از همسایه‌هایشان تفکیک کرد.

یکی از دلایل منطقی برای ساخت تلسکوپ فضایی هابل، حل این مسئله بود. هابل به دلیل قرار گرفتن در خارج از جو زمین، دقت طول موج مرئی بهتری نسبت به تمام تلسکوپ‌های زمینی داشت. در نتیجه با شناسایی متغیرهای قیفاووسی کهکشان‌ها در فاصله‌ی بیش از صد میلیون سال نوری، بازه‌ی زمانی تغییر درخشش آن‌ها را محاسبه کرد.

برای عبور از موانع غباری، لازم است رصدها در طیف فروسرخ نزدیک انجام شوند که هابل چندان در آن عملکرد خوبی ندارد؛ بنابراین ابهام‌هایی درباره‌ی داده‌های این تلسکوپ وجود دارند. با این‌حال، تلسکوپ فضایی جیمز وب در طیف فروسرخ بسیار قوی عمل کرده و داده‌های به‌دست آمده از آن محدودیت‌های هابل را ندارند.

ریس و تیم او تلسکوپ فضایی جیمز وب را به سمت کهکشانی در فاصله‌ی مشخص قرار دادند تا بتوانند آن را متناسب با درخشش متغیرهای قیفاووسی، کالیبره کنند. آن‌ها در مرحله‌ی بعدی متغیرهای قیفاووسی را در کهکشان‌های دیگر رصد کردند. در مجموع، تلسکوپ فضایی جیمز وب، ۳۲۰ متغیر قیفاووسی را رصد کرد و به شکل چشمگیری نویز رصدهای هابل را کاهش داد.

با وجود نویز موجود در داده‌های هابل، داده‌های مربوط به اندازه‌گیری مسافت با رصدهای جیمز وب سازگار بودند. به همین دلیل نمی‌توان محاسبات H0 هابل را نادیده گرفت. هنوز نمی‌دانیم عامل واقعی تنش هابل چیست. یکی از کاندیدهای اصلی می‌تواند انرژی تاریک باشد؛ نیروی اسرارآمیزی که به نظر می‌رسد با وارد کردن فشار منفی، سرعت انبساط جهان را افزایش می‌دهد. با اندازه‌گیری‌های تلسکوپ جیمز وب اندکی به پاسخ نزدیک می‌شویم.

یافته‌های مطالعه در پایگاه داده آرکایو منتشر شده است.