Nem telt még el egy évszázad sem azóta, hogy Edwin Hubble amerikai csillagász távoli galaxisok megfigyelésével kimutatta a világegyetem tágulását. Vizsgálatai szerint a galaxisok távolodási sebessége (amit a felvett színképekben lévő vonalak vöröseltolódásából lehet kiszámolni) egyenesen arányos azok távolságáva. A két mennyiséget összekötő állandó értékét az utókor az amerikai tudósról nevezte el - írja a Magyar Csillagászati Egyesület híroldala.

Maga Hubble csak néhány galaxis észleléséből vonta le következtetéseit, ezért a tágulási állandó értékét elég nagy hibahatárral tudta megbecsülni. A következő évtizedekben folyamatosan fejlődtek a távcsövek és az észlelési technikák, de a Hubble-konstans pontosabb meghatározása nagy kihívás elé állította a csillagászokat: az állandó értékének bizonytalansága a nyolcvanas években még elérte a kettes faktort, vagyis 50 és 100 km/s/Mpc között bármi elképzelhető volt.

Átütő fejlődést csak az elmúlt két évtized, főként a nagy érzékenységű űrtávcsövek (köztük a Hubble űrtávcső) megjelenése hozott. 2001-re a Hubble-állandó értékét a szintén Hubble nevét megörökítő űrteleszkóp mérései révén körülbelül 10 százalék pontossággal sikerült megállapítani (72,0±8,0 km/s/Mpc). Ehhez úgynevezett cefeida típusú pulzáló változócsillagok vizsgálatára volt szükség. A cefeidák pulzációs periódusa ugyanis jól leírható módon függ a csillagok abszolút fényességétől - ez pedig a látszó fényesség ismeretében (megbecsülve a csillagközi fénygyengülés mértékét) lehetővé teszi a távolságbecslést. Nyolc éve a kutatók az addigi legtávolabbi cefeidák űrtávcsöves megfigyelési adatait vetették össze a korábbi, földfelszíni távcsövek hasonló típusú csillagokra vonatkozó adatsoraival, és így tudták pontosabbra kalibrálni ezt a fajta távolságbecslési eljárást.

Változó az állandó

1998-ban aztán kiderült, hogy távoli szupernóvák vizsgálatai alapján az univerzum gyorsulva tágul, amit egy ismeretlen eredetű, a gravitációs vonzóerővel ellentétes hatású erőhatás létéhez kötöttek - ez az úgynevezett sötét energia. Ez azt is jelenti, hogy a Hubble-állandó értéke időben változik, és így nem tekinthető igazi konstansnak (a nagyon közeli illetve nagyon távoli galaxisok vizsgálatánál semmiképp) - ugyanakkor a kozmológiai modellek kiszámításánál továbbra is fontos paraméter maradt.

Ezek a felismerések további inspirációt adtak a kutatóknak, hogy minél pontosabban meghatározzák a Hubble-konstans (H0) értékét. A mikrohullámú háttérsugárzás fluktuációit vizsgáló WMAP űrszonda eredményei szerint H0 = 70,8 km/s/Mpc, a hibahatár pedig 1,6 vagy 4,0 km/s/Mpc (attól függően, hogy síknak vagy görbültnek vesszük-e az univerzum geometriáját). Ez már pontosabb eredmény, ugyanakkor modellfüggő - a szakemberek pedig szerették volna az eredeti, galaxisok távolságmérésén alapuló módszerrel is lejjebb faragni a 10 százalékos hibabecslési határt.

Az áttörés végül az A. Riess (STScI / Johns Hopkins University) vezette kutatócsoportnak sikerült, a tudósok május 7-én jelentették be a nagyszerű eredményt (Dr. Riess egyike volt azon kutatóknak, akik 11 évvel ezelőtt felfedték a gyorsuló tágulást). A kutatók ismét a Hubble űrtávcső képességeit vették igénybe, egy három lépcsős megfigyelési program során. A tudósok első lépésben ezúttal is cefeidák periódus-fényesség relációját használták fel (hét galaxis összesen 240 cefeida csillaga esetében), azonban nem a látható fény, hanem a közeli infravörös sugárzás tartományában (az elmúlt években ugyanis kiderült, hogy utóbbi hullámhossztartományban kisebb hibafaktorokkal érvényes ez az összefüggés).

A hét galaxis egyike, az NGC 4258 távolsága rádiócsillagászati mérések révén jól ismert, így megfelelő kalibrátorként szolgált. A további hat galaxisban pedig a cefeidák mellett Ia típusú szupernóvák is találhatók, melyek szintén fontos objektumok az extragalaktikus távolságbecslések során. Második lépésként a kétféle távolságmérési eljárás eredményeit hasonlították össze az említett hat galaxis esetében.

Végül az Ia típusú szupernóvák újrakalibrált távolságbecslési metódusát használták fel távoli, szintén ilyen szupernóvákat tartalmazó galaxisok vizsgálatánál. Ezeket a szupernóvákat korábban úgynevezett standard távolságmérési objektumokként tartották számon, mivel mindig azonos jellegű folyamat - egy kettős rendszerben lévő fehér törpecsillag adott tömeghatárnál történő összeomlása - hozza létre őket. Bár ez az elképzelés az utóbbi pár évben jóval árnyaltabb lett, megfelelően alapos kalibrációs lépések elvégzése árán az Ia típusú szupernóvák továbbra is az egyik legjobb lehetőséget jelentik a távoli galaxisok távolságmérésére.

Riess és csoportja végül 74,2±3,6 km/s/Mpc-es értéket állapított meg H0-ra. Ez egyrészt 5 százalékos pontosságnál is jobb becslés, másrészt összhangban van a sötét energia létét feltételező, egyéb mérési eljárások során kapott számokkal. A hibahatárok szűkítése egyrészt annak köszönhető, hogy különböző objektumok távolságai alapján kalibrált módszert használtak, másrészt annak, hogy az összes mérést ugyanazon távcső ill. detektoregyüttes végezte. A kutatók következő célkitűzése, hogy egy százalék alá szorítsák a Hubble-konstans értékének bizonytalanságát, tovább pontosítva ez által a kozmológiai modelleket, valamint szűkítve a sötét energia magyarázataként szóba jöhető lehetőségek listáját.

A. Riess és munkatársai két cikkben mutatják be eredményeiket az Astrophysical Journal c. folyóiratban.