Lensa gravitasi: menggunakan lengkungan cahaya yang diprediksi oleh Einstein – Mengukur perluasan alam semesta

Cahaya dari sumbernya mencapai bumi melalui berbagai jalur. Saat target tidak berada di tengah, jalur menjadi lebih pendek. Variasi sumber akan tiba pada momen yang berbeda, memungkinkan untuk mengukur jarak. Kredit: Universitas Leiden

Ini adalah salah satu perdebatan besar kosmologi: alam semesta mengembang, bagaimanapun, sejauh mana tepatnya? Dua ukuran yang tersedia memberikan hasil yang berbeda. Fisikawan Leiden David Harvey mengadaptasi metode ketiga dari pengukuran independen, menggunakan sifat distorsi cahaya galaksi yang diprediksi oleh Einstein. Dia menerbitkannya di majalah Pemberitahuan bulanan dari Royal Astronomical Society.

Kami telah mengetahui tentang perluasan alam semesta selama hampir satu abad. Para astronom mencatat bahwa cahaya dari galaksi jauh memiliki panjang gelombang yang lebih kecil daripada galaksi terdekat. Gelombang cahaya tampak meregang atau bergeser menjadi merah, yang berarti galaksi jauh bergerak menjauh.

Laju ekspansi ini, atau konstanta Hubble, dapat diukur. Beberapa supernova atau bintang yang meledak memiliki kecerahan yang dipahami dengan baik, yang memungkinkan mereka memperkirakan jaraknya dari Bumi dan menghubungkan jarak itu dengan pergeseran merah atau kecepatannya. Untuk setiap jarak megaparsec (satu parsec berjarak 3,3 tahun cahaya), kecepatan surutnya galaksi meningkat 73 kilometer per detik.

Namun, pengukuran yang semakin akurat dari latar belakang gelombang mikro kosmik, sisa cahaya di alam semesta paling awal, memberikan konstanta Hubble yang berbeda: sekitar 67 kilometer per detik.

Einstein

Bagaimana ini bisa terjadi? Kenapa beda? Bisakah perbedaan ini memberi tahu kita sesuatu yang baru tentang alam semesta dan fisika? “Ini,” kata fisikawan Leiden David Harvey, “adalah mengapa ukuran ketiga muncul, terlepas dari dua ukuran lainnya: lensa gravitasi.”

Teori relativitas umum Albert Einstein memprediksikan bahwa konsentrasi massa, seperti galaksi, dapat membelokkan jalur cahaya, seperti halnya lensa. Saat galaksi ini berada di depan sumber cahaya terang, cahaya membelok di sekitarnya. Ia dapat mencapai bumi melalui rute yang berbeda, yang memberi kita dua, terkadang bahkan empat gambar dari sumber yang sama.

HoliCOW

Pada tahun 1964, astrofisikawan Norwegia Sjur Refsdal mengalami momen: ketika galaksi lensa agak jauh dari pusat, satu rute lebih panjang dari yang lain. Artinya cahaya membutuhkan waktu lebih lama di jalur ini. Oleh karena itu, jika ada variasi kecerahan quasar, titik ini akan terlihat di satu gambar sebelum gambar lainnya. Perbedaannya bisa berhari-hari, atau bahkan berminggu-minggu atau berbulan-bulan.

Perbedaan waktu ini, Refsdal mendemonstrasikan, juga bisa digunakan untuk menentukan jarak dari quasar dan lensa. Membandingkannya dengan pergeseran merah quasar memberikan ukuran yang tidak bergantung pada konstanta Hubble.

Kolaborasi penelitian di bawah HoliCOW menggunakan enam lensa ini untuk mengurangi konstanta Hubble menjadi sekitar 73. Namun, ada komplikasi: selain perbedaan jarak, massa galaksi di latar depan juga memiliki efek perlambatan, tergantung pada distribusi massa yang tepat. “Anda harus memodelkan distribusi ini, tetapi masih banyak yang tidak diketahui,” kata Harvey. Ketidakpastian seperti ini membatasi presisi dari teknik ini.

Gambar seluruh langit

Itu bisa berubah ketika sebuah teleskop baru akan online di Chili pada 2021, didedikasikan untuk membayangkan seluruh langit setiap beberapa malam. Observatorium Vera Rubin ini diperkirakan akan melihat ribuan quasar ganda, yang menawarkan kemungkinan untuk semakin mengurangi konstanta Hubble.

Harvey: “Masalahnya adalah: memodelkan semua galaksi di latar depan secara individual adalah tidak mungkin, secara komputasi.” Oleh karena itu, Harvey merancang metode untuk menghitung efek rata-rata dari distribusi lengkap hingga seribu lensa.

“Dalam hal ini, kekhasan lensa gravitasi tidak begitu penting dan tidak perlu dilakukan simulasi untuk semua lensa. Anda hanya perlu bersikap lebih diskriminatif dengan bantuan yang Anda berikan kepada orang lain, ”kata Harvey.

“Di koran, saya menunjukkan bahwa dengan pendekatan ini, kesalahan di ambang konstan Hubble adalah 2 persen, saat Anda mendekati ribuan quasar.”

Margin kesalahan ini akan memungkinkan perbandingan yang bermakna antara konstanta Hubble dan dapat membantu untuk memahami perbedaan tersebut. “Dan jika Anda ingin turun dari 2 persen ini, Anda harus meningkatkan model Anda dengan melakukan simulasi yang lebih baik. Saya kira itu mungkin. “

Referensi: “Ukuran 4% H.0 menggunakan distribusi kumulatif penundaan lensa yang kuat dalam quasar gambar ganda “oleh David Harvey, 20 Agustus 2020, Pemberitahuan bulanan dari Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / staa2522

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.