Nama "tenaga gelap" hanyalah penempatan bagi kekuatan - apa sahaja - yang menyebabkan Alam Semesta berkembang. Pemerhatian baru terhadap beberapa bintang berubah-ubah Cepheid oleh Teleskop Angkasa Hubble telah memperhalusi pengukuran kadar pengembangan Universe sekarang dengan tepat di mana kesalahannya lebih kecil daripada lima peratus. Nilai baru untuk kadar pengembangan, yang dikenali sebagai pemalar Hubble, atau H0 (setelah Edwin Hubble yang pertama kali mengukur pengembangan alam semesta hampir satu abad yang lalu), adalah 74.2 kilometer sesaat per megaparsec (margin kesalahan ± 3.6). Hasilnya sepakat dengan pengukuran sebelumnya yang diperoleh dari Hubble 72 ± 8 km / saat / megaparsec, tetapi sekarang lebih tepat dua kali.
Pengukuran Hubble, yang dilakukan oleh Pasukan SHOES (Supernova H0 for the Equation of State) dan diketuai oleh Adam Riess, dari Institut Sains Teleskop Angkasa dan Universiti Johns Hopkins, menggunakan sejumlah penyempurnaan untuk memperkemas dan memperkuat pembinaan kosmik "Tangga jarak," satu miliar tahun cahaya, yang digunakan para astronom untuk menentukan kadar pengembangan alam semesta.
Pemerhatian Hubble terhadap pemboleh ubah Cepheid yang berdenyut pada penanda batu kosmik berdekatan, galaksi NGC 4258, dan galaksi inang supernova baru-baru ini, secara langsung menghubungkan petunjuk jarak ini. Penggunaan Hubble untuk merapatkan tangga ini di tangga menghilangkan kesalahan sistematik yang hampir tidak dapat dielakkan diperkenalkan dengan membandingkan pengukuran dari teleskop yang berbeza.
Riess menerangkan teknik baru: "Seperti mengukur bangunan dengan ukuran pita panjang dan bukannya menggerakkan batang kayu dari hujung ke hujung. Anda mengelakkan daripada membuat kesalahan kecil yang anda buat setiap kali anda menggerakkan tolok ukur. Semakin tinggi bangunan, semakin besar ralatnya. "
Lucas Macri, profesor fizik dan astronomi di Texas A&M, dan penyumbang yang signifikan terhadap hasilnya, mengatakan, "Cepheids adalah tulang belakang tangga jarak kerana masa berdenyut mereka, yang mudah diperhatikan, berkorelasi langsung dengan cahaya mereka. Penyempurnaan lain dari tangga kami adalah hakikat bahawa kami telah memerhatikan Cepheids di bahagian inframerah dekat spektrum elektromagnetik di mana bintang-bintang berubah-ubah ini adalah petunjuk jarak yang lebih baik daripada pada panjang gelombang optik. "
Nilai pemalar Hubble yang baru dan lebih tepat ini digunakan untuk menguji dan mengekang sifat-sifat tenaga gelap, bentuk tenaga yang menghasilkan daya tolak di angkasa, yang menyebabkan kadar pengembangan alam semesta menjadi lebih cepat.
Dengan meletakkan sejarah pengembangan alam semesta antara hari ini dan ketika alam semesta berusia kira-kira 380,000 tahun, para astronom dapat meletakkan had pada sifat tenaga gelap yang menyebabkan pengembangan mempercepat. (Pengukuran untuk alam semesta awal yang jauh berasal dari turun naik latar belakang gelombang mikro kosmik, seperti yang diselesaikan oleh Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP, NASA pada tahun 2003.)
Hasilnya selaras dengan tafsiran tenaga gelap yang paling sederhana: ia secara matematik setara dengan pemalar kosmologi hipotesis Albert Einstein, yang diperkenalkan satu abad yang lalu untuk mendorong struktur ruang dan mencegah alam semesta runtuh di bawah tarikan graviti. (Einstein, bagaimanapun, membuang konstanta setelah pengembangan alam semesta ditemukan oleh Edwin Hubble.)
"Sekiranya anda memasukkan ke dalam kotak semua cara bahawa tenaga gelap mungkin berbeza dari pemalar kosmologi, kotak itu sekarang akan menjadi tiga kali lebih kecil," kata Riess. "Itu kemajuan, tetapi kita masih ada jalan yang panjang untuk menentukan sifat tenaga gelap."
Walaupun pemalar kosmologi dikandung sejak dulu, bukti pemerhatian untuk tenaga gelap tidak muncul hingga 11 tahun yang lalu, ketika dua kajian, satu diketuai oleh Riess dan Brian Schmidt dari Observatorium Gunung Stromlo, dan yang lain oleh Saul Perlmutter dari Lawrence Berkeley Makmal Nasional, menemui tenaga gelap secara bebas, sebahagiannya dengan pemerhatian Hubble. Sejak itu ahli astronomi telah melakukan pemerhatian untuk mencirikan tenaga gelap dengan lebih baik.
Pendekatan Riess untuk menyempitkan penjelasan alternatif untuk tenaga gelap - sama ada ia adalah pemalar kosmologi statik atau medan dinamik (seperti daya tolakan yang mendorong inflasi selepas ledakan besar) - adalah untuk menyempurnakan lagi pengukuran sejarah pengembangan alam semesta.
Sebelum Hubble dilancarkan pada tahun 1990, anggaran pemalar Hubble berbeza dengan faktor dua. Pada akhir tahun 1990-an, Projek Kunci Teleskop Angkasa Hubble pada Skala Jarak Ekstragalaktik menyempurnakan nilai pemalar Hubble menjadi kesalahan hanya sekitar sepuluh peratus. Ini dicapai dengan memerhatikan pemboleh ubah Cepheid pada panjang gelombang optik hingga jarak yang lebih besar daripada yang diperoleh sebelumnya dan membandingkannya dengan ukuran serupa dari teleskop darat.
Pasukan SHOES menggunakan Kamera Inframerah Dekat Hubble dan Spektrometer Berbilang Objek (NICMOS) dan Kamera Lanjutan untuk Survei (ACS) untuk memerhatikan 240 bintang berubah-ubah Cepheid di tujuh galaksi. Salah satu galaksi ini ialah NGC 4258, yang jaraknya ditentukan dengan tepat melalui pemerhatian dengan teleskop radio. Enam galaksi lain baru-baru ini menjadi tuan rumah supernova Type Ia yang merupakan petunjuk jarak yang boleh dipercayai untuk pengukuran yang lebih jauh di alam semesta. Supernova jenis Ia meletup dengan jumlah tenaga yang hampir sama dan oleh itu mempunyai kecerahan intrinsik yang hampir sama.
Dengan memerhatikan Cepheids dengan sifat yang sangat serupa pada panjang gelombang inframerah dekat di semua tujuh galaksi, dan menggunakan teleskop dan instrumen yang sama, pasukan dapat menentukur cahaya laju supernova dengan lebih tepat. Dengan kemampuan Hubble yang kuat, pasukan dapat mengesampingkan beberapa anak tangga yang paling goyah di sepanjang tangga jarak sebelumnya yang melibatkan ketidakpastian dalam tingkah laku Cepheids.
Riess akhirnya ingin melihat pemalar Hubble disempurnakan pada nilai dengan kesalahan tidak lebih dari satu persen, untuk meletakkan kekangan yang lebih ketat pada penyelesaian terhadap tenaga gelap.
Sumber: Institut Sains Teleskop Angkasa
