The Knowledge Frontier

Anga na falakiChapisho la awaliUchambuzi wa dataDakika 3 za kusoma

SUPANOVA MOJA, TASWIRA TANO, KASI YA KUPANUKA KWA ULIMWENGU

Ulimwengu unapanuka kwa kasi gani leo? Namba inayojibu swali hilo ni kisabiti cha Hubble, H0. Njia mbili kati ya njia kuu za kuipima — “ngazi” ya umbali hadi nyota na galaksi za karibu, na mng’ao hafifu uliobaki wa Ulimwengu mchanga, yaani mnururisho wa usuli wa mikrowevu wa kiulimwengu — kwa sasa zinatoa thamani zinazotofautiana kwa kiasi kikubwa. Pengo hili, mvutano wa Hubble (Hubble tension), ni mojawapo ya maswali makubwa yasiyojibiwa katika kosmolojia.

Kuna njia ya tatu, nayo haitegemei yoyote kati ya hizo mbili.

Lenzi ya kiulimwengu yenye saa ndani yake

Kitu chenye masi kubwa sana — galaksi au kundi zima la galaksi — kinapokaa mbele ya chanzo cha mbali, graviti yake hupinda mwanga na inaweza kugawanya chanzo hicho kuwa taswira kadhaa. Hii ni lenzi kali ya kigraviti (strong gravitational lensing). Miale ya mwanga hufuata njia za urefu tofauti. Ikiwa mng’ao wa chanzo unabadilika, taswira hubadilika moja baada ya nyingine.

Ucheleweshaji huo wa muda unategemea masi ya lenzi na umbali wa kiulimwengu — na kwa hiyo unategemea H0. Wazo hili lilipendekezwa na Refsdal mwaka 1964, kwa supanova zinazoonekana katika taswira kadhaa.

Supanova ya kwanza ya aina hiyo, inayojulikana sasa kama SN Refsdal, iligunduliwa mwaka 2014 nyuma ya kundi la galaksi MACS J1149.5+2223. Mwanzoni ilionekana kama taswira nne kuzunguka galaksi moja ya kundi hilo; taswira ya tano, iliyotabiriwa na modeli, ilitarajiwa takriban mwaka mmoja baadaye. Ucheleweshaji uliopimwa unajumuisha mmoja wa siku 376 kati ya taswira mbili.

Pikseli 77,000 badala ya nukta chache

Sehemu ngumu ni kujua hasa jinsi masi ya kundi ilivyosambazwa. Hadi sasa, modeli zilitumia mahali tu pa taswira nyingi za galaksi za nyuma. Stefan Schuldt, wa Chuo Kikuu cha Turku na Chuo Kikuu cha Milan, na wenzake nchini Italia, Ujerumani, Hispania na Finland, walienda mbali zaidi.

Modeli yao tayari ilijumuisha galaksi 308 za kundi hilo, halo za mada nyeusi, na zaidi ya taswira nyingi 100 za vyanzo 17 vya nyuma. Juu ya hayo, waliongeza umbo kamili na mng’ao wa galaksi iliyokuwa mwenyeji wa supanova: pikseli 77,000 kutoka kwa Darubini ya Anga ya Hubble. Ni kipimo cha kwanza cha vigezo vya kikosmolojia kwa aina hii ya modeli kwa kundi la galaksi.

Kwa usalama, walijaribu njia nne za kupima uzito wa data na kuhesabu tofauti kati yao kama kutokuwa na uhakika kwa ziada.

Kipimo cha 3%

  • H0 = 65.0 (+2.0 / −1.8) kilomita kwa sekunde kwa kila megaparseki, pamoja na kiasi cha mada katika Ulimwengu, Ωm = 0.30, kilichopimwa wakati huo huo.
  • Kutokuwa na uhakika ni 3.0%: thamani sahihi zaidi kuwahi kupatikana kutoka kwa lenzi kali moja, mbele ya tokeo la 3.9% kutoka kwa kwasari iliyopitishwa kwenye lenzi.
  • Kuongeza pikseli kulipunguza kutokuwa na uhakika kwa kipengele cha 2.0 ikilinganishwa na modeli ile ile inayotumia mahali pa taswira peke yake.
  • Matoleo yote ya modeli yanakubaliana yenyewe kwa yenyewe na tafiti za awali za SN Refsdal.

Thamani hii inakubaliana na ile kutoka kwa mnururisho wa usuli wa mikrowevu wa kiulimwengu uliopimwa na misheni ya Planck, na na supanova nyingine iliyopitishwa kwenye lenzi, SN Encore. Iko mbali zaidi na thamani ya ngazi ya umbali ya timu ya SH0ES.

Kutokuwa na uhakika kutokana na modeli ya masi sasa kunalingana na kutokuwa na uhakika kwa ucheleweshaji mrefu zaidi. Kwa maneno mengine, saa, si ramani, imekuwa kipengele kinachoweka kikomo.

Kinachoweza bado kusogeza namba

Waandishi wanaorodhesha kile ambacho 3% yao haijumuishi. Waliweka mapishi ya masi ya kundi bila kubadilika ili ulinganisho na modeli za zamani uwe wa haki, kwa hiyo maelezo ya mapishi hayo hayahesabiwi kama kutokuwa na uhakika. Eneo moja linalojulikana lisiloonekana la lenzi, “uduni wa bapa la masi” (mass-sheet degeneracy), limedhibitiwa kwa sehemu tu. Na ikiwa mistari ya kuona kupitia makundi ya galaksi ingekuwa mitupu kuliko wastani, lenzi za makundi zingekadiria H0 chini ya ukweli.

Jaribio linalofuata liko karibu: supanova nyingine iliyopitishwa kwenye lenzi, SN Requiem, inapaswa kujitokeza tena mwaka 2026 au 2027, takriban miaka kumi baada ya kuonekana mara ya kwanza. Ucheleweshaji wake unapaswa kupimwa kwa usahihi mkubwa, na kwa modeli kama hii ungeweza kutoa H0 ndani ya asilimia chache. Kituo cha uchunguzi cha Rubin kinatarajiwa kupata supanova nyingi zaidi za aina hii.