CPH Theory نظریه سی پی اچ

ثابت هابل، عدد بسیار مهمی که آهنگ انبساط عالم را تعیین می‌کند، به وسیله رصدخانه فضایی تابش ایکس چاندرا اندازه‌گیری شد. این مقدار جدید با آخرین اندازه‌گیری‌های ثابت هابل از روش‌های دیگر هم‌خوانی دارد و اعتبار اندازه‌گیری‌ها را تا فاصله‌های بسیار دورتری افزایش داده است. بدین‌سان کیهان‌شناسان می‌توانند ثابت هابل را تا فواصل بسیار دورتر و حتی در زمان‌های آغازین جهان بررسی کنند.

شرح عکس: این شش خوشه کهکشانی، بخشی از سی و هشت خوشه کهکشانی است که اخترشناسان آن‌ها را به کمک چاندرا رصد کرده‌اند. این خوشه‌های بزرگ در فاصله‌ 1.4 تا 6.3 میلیارد سال نوری زمین قرار گرفته‌اند و فاصله دورشان، آنها را بهترین نامزدهای اندازه‌گیری ثابت هابل قرار داده است.

ماکس بونامنت، اخترفیزیکدان مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در مورد اهمیت این اندازه‌گیری می‌گوید: ابعاد عالم، عمر آن و مقدار ماده‌ای که در عالم پراکنده شده است، فقط با تعیین دقیق ثابت هابل مشخص می‌شود؛ ازاین‌رو اندازه‌گیری این کمیت بسیار مهم است. ما اخترشناسان در محاسبات بسیار زیادی از این مقدار استفاده می‌کنیم؛ پس مجبوریم مقدار آن را به شکل بسیار دقیقی تعیین کنیم.

ثابت هابل از تقسیم سرعت دورشدن اجرام بر فاصله‌شان بدست می‌آید. بسیاری از روش‌های پیشین اندازه‌گیری ثابت هابل از روش‌های چندمرحله‌ای اندازه‌گیری فاصله که به اصطلاح نردبان‌های فاصله خوانده می‌شوند، استفاده می‌کرد؛ بدین ترتیب که فاصله کهکشان‌های نزدیک به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری فاصله کهکشان‌های دورتر به‌کار می‌رفت. رایج‌ترین آنها، استفاده از ستارگان متغیر قیفاووسی برای فاصله‌سنجی کهکشان‌های نزدیک ‌همراه با بررسی ابرنواخترهای نوع اول برای تعیین فاصله کهکشان‌های دورتر است. تلسکوپ فضایی هابل با استفاده از همین روش توانست ثابت هابل را اندازه‌گیری کند. اما تا این اندازه‌گیری‌ها به شیوه‌های دیگری انجام نشود، نمی‌توان به درستی نتایج اطمینان کرد. اگر توجه کنیم که چقدر از دانسته‌های ما در مورد خواص عالم به این مقدار بستگی دارد، اهمیت این اندازه‌گیری‌ها روشن‌تر می‌شود.

گروهی از اخترشناسان به سرپرستی ماکس بونامنت در آخرین تلاش برای اندازه‌گیری ثابت هابل، داده‌های تابش ایکس چاندرا را با رصدهای رادیویی خوشه‌های کهکشانی ترکیب کردند و توانستند فاصله سی و هشت خوشه کهکشانی دوردست را که در فواصل 1.4 تا 6.3 میلیارد سال نوری از زمین قرار داشتند، اندازه‌گیری کنند.

آن‌ها از پدیده‌ای به نام اثر سان‌یائف-زلدویچ استفاده کرده‌اند. در این پدیده، فوتون‌های تابش زمینه کیهانی با الکترون‌های پرانرژی ابرهای گاز داغی که در خوشه‌های کهکشانی عظیم به‌وفور وجود دارند، برهمکنش می‌کنند. انرژی رد و بدل شده در این برهمکنش، تغییراتی را در الگوی تابش زمینه کیهانی در جهت آن خوشه کهکشانی ایجاد می‌کند که شدت آن به چگالی و دمای الکترون‌های داغ و ابعاد فیزیکی خوشه کهکشانی ارتباط دارد.

اخترشناسان از تلسکوپ‌های رادیویی برای اندازه‌گیری تغییرات تابش زمینه کیهانی و از رصدخانه تابش ایکس چاندرا برای اندازه‌گیری خصوصیات گازهای داغ درون خوشه‌ها استفاده کردند تا بتوانند ابعاد فیزیکی خوشه‌های کهکشانی را تعیین کنند. با دانستن ابعاد این خوشه‌ها و اندازه‌گیری بسیار ساده بزرگی زاویه‌ای این خوشه‌ها، قوانینی هندسی به سادگی فاصله خوشه‌های کهکشانی را تعیین می‌کنند. در نهایت با تقسیم سرعت دورشدن این خوشه کهکشانی بر این فاصله، می‌توان ثابت هابل را بدست آورد.

شرح عکس: خوشه کهکشانی عظیم آبل1689، یکی از بزرگ‌ترین خوشه‌های کهکشانی است که در فاصله 2.2 میلیارد سال نوری از زمین قرار گرفته است. تصویر بالا، نمای مریی این خوشه از دید تلسکوپ فضایی هابل است و تصویر پایین، نمای تابش ایکس این خوشه از سوی رصدخانه فضایی چاندرا.

پشتیبان اصلی این پروژه، لئون فون اسپی‌بروک، طراح آینه اصلی تلسکوپ چاندرا بود که در سال 2002 درگذشت.

پروژه زمانی آغاز شد که جان کارل‌ستورم و مارشال جوی، اخترشناسان دانشگاه شیکاگو توانستند با استفاده از تلسکوپ‌های رادیویی آرایه برکلی-ایلی‌نویز-مریلند و رصدخانه رادیویی کالتک در دره اوِنز، تغییرات تابش زمینه کیهانی را به‌دقت اندازه‌گیری کنند. اما برای اندازه‌گیری دقیق خصوصیات گازهای داغ درون خوشه‌های کهکشانی، به تلسکوپی فضایی با قابلیت ثبت پرتوهای ایکس نیاز بود که حساسیت و کیفیتی به اندازه رصدخانه فضایی چاندرا داشته باشد.

بونامنت و همکارانش توانستند ثابت هابل را با دقت پانزده در صد 76.9 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک اندازه‌گیری کنند. این نتایج با یافته‌های پیشین هم‌خوانی دارد. این هم‌خوانی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، زیرا متناظر با سن دوازده تا چهارده میلیارد ساله عالم است. نتایج این پروژه مهم در مجلد دهم آگوست آستروفیزیکال ژورنال به چاپ رسیده است..