През 20-те години на миналия век сред учените бушуват дебати за размера на Вселената и природата на мъглявините.Някои от тях
Ученият изчислил разстоянието до мъглявинатаАндромеда и показа, че е по-голяма от размера на Млечния път, което означава, че говорим за отделна галактика. И през 1929 г. ученият публикува статия, в която въз основа на наблюдения на няколко известни галактики той показа, че те се отдалечават от Земята в различни посоки. Правилото, което установява връзката между разстоянието до галактика и нейната радиална скорост, се нарича закон на Хъбъл или закон на Хъбъл-Льометр.
Белгийският свещеник и астрофизик Жорж Леметр стигна до същите заключения две години преди Хъбъл, но статията му, публикувана на френски и в непопулярно списание, остана незабелязана.
Съвременният космологичен модел се базира напринцип на разширяване на Вселената. Алтернативните методи за наблюдение обаче дават различни стойности за неговата скорост. Учените продължават да разработват нови начини най-накрая да сложат край на този проблем. И след това да определи точно възрастта, еволюцията и състава на Вселената.
Карта на разширяването на вселената. Изображение: НАСА, научен екип на WMAP
Разширява ли се Вселената?
Няма точен отговор на този въпрос, тъй катоневъзможно е да излезеш извън системата и да видиш отвън как наистина се случват нещата. Но теорията за разширяващата се вселена най-добре описва наблюденията.
Първо, изследването на космоса разкривачервено отместване: оказа се, че колкото по-далеч са обектите от нас, толкова повече радиация от тях се измества към червената част на спектъра. В своята статия Хъбъл показа връзката между разстоянието и червеното отместване. Освен това той установи, че скоростта на отдалечаващите се обекти е пропорционална на разстоянието до тях. Тези наблюдения са най-добре свързани с метрично (линейно) разширение.
Второ, широкомащабни космологични наблюдения с дълбока разделителна способност разкриха, че въпреки че в локални мащаби Вселената еТя е "бучка" структура (галактиките образуват групи, разделени от кухини) и е хомогенна на големи разстояния.
Трето, хомогенността на пространството, причинена от разширяването на Вселената във всички посоки, потвърждава хомогенността на разпределението на далечни гама-лъчи и експлозии на свръхнови.
И накрая, наблюденията на Европейското пространствообсерваториите показват, че CMB е бил много по-топъл в по-ранни времена. Постепенното равномерно охлаждане на следите от Големия взрив също е в съответствие с теорията за равномерно разширяваща се Вселена.
Как се измерва константата на Хъбъл?
Стойността на константата, която установява връзката между скоростта на галактиките и тяхното разстояние, се изчислява чрез измерване на червеното отместване на далечни галактики и след това определяне на разстоянията до тях по някакъв метод, различен от закона на Хъбъл.
Първите измервания на константата са направени от самия Едуин Хъбъл.Наблюдавайки мъглявината Андромеда с помощта на 100-инчов (254 см) телескоп в обсерваторията Маунт Уилсън, ученият идентифицира някои ярки звезди в нейния състав.Това са клас пулсиращи променливи жълти гиганти и свръхгиганти, за които връзката между периода на пулсация и светимостта е добре разбрана.
Измервайки и двата параметъра, ученият изчисляваразстоянието до тези звезди, както и червеното отместване на галактиките, което дава възможност да се определи тяхната радиална скорост. Коефициентът на пропорционалност, получен от Хъбъл, е около 500 km/s на мегапарсек (Mpc). Това означава, че обектите, разположени на разстояние около 3,26 милиона светлинни години (1 Mpc) от Земята, трябва да се отдалечават от нас със скорост 500 km / s, 32,6 милиона светлинни години - 5000 km / s и т.н.
Изображение на галактиката Андромеда, в която ЕдуинХъбъл отбеляза откритата променлива звезда (вляво) и нейното подробно изображение на Хъбъл (вдясно). Ляво изображение: Обсерваториите Карнеги. Дясно изображение: NASA, ESA, екипът на Hubble Heritage (STScI/AURA)
Това се дължи на факта, че ученият не е знаел законите, които са били открити по-късно, които засягат зависимостта на периода и светимостта на цефеидите, както и влиянието на правилната скорост на местната група галактики.
Съвременните наблюдения дават противоречивирезултати. Късни измервания на Вселената, подобни на тези, направени от Хъбъл, но с нови данни и по-мощни инструменти (включително космически телескоп, кръстен на учения), прогнозират космологична константа от 73 ± 1 km/s на Mpc. А данните, получени при изследването на космическото микровълново фоново излъчване на ранната Вселена, са 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Диаграма на измерването на константата от космическия телескоп Хъбъл.Изображение: НАСА, ЕКА, А.Feild (STScI) и A.Riess (STScI / JHU)
Има ли алтернативи?
В статия, публикувана през август в списаниетоPhysical Review Letters, учени от Чикагския университет предлагат използването на гравитационни вълни, генерирани при сблъсък на черни дупки, за измерване на скоростта на разширяване на Вселената.
Ефект, подобен на червеното отместване, възниква по време на разпространението на гравитационните вълни.Сблъсъкът на свръхмасивни черни дупки, мощно събитие, причинява гравитационни вълни в пространство-времето, които се разпространяват като кръгове върху вода отОт паднал камък.
Тази "пулсация" се измерва на Земята от американецалазерна интерферометрична обсерватория за гравитационни вълни (LIGO) и италианската обсерватория Virgo. В продължение на няколко години и двете обсерватории са събирали данни за сблъсъка на повече от 100 двойки черни дупки.
Сигналът от всеки сблъсък съдържаинформация за това колко масивни са черните дупки. Но поради разширяването на Вселената, тя е изкривена. В резултат черна дупка по-далеч започва да изглежда по-масивна.
Учените предлагат да се използват натрупаните данни за черните дупки, за да се "калибрира" устройството.Например, настоящите доказателства сочат, че повечето от черните дупки, които са били откритиимат маса от 5 до 40 пъти масата на нашето Слънце.
Изследователите смятат, че ако измервате маситедвойки сблъскващи се черни дупки, които са най-близо до нас, и след това постепенно се движат напред, след което на голям брой примери е възможно да се установи колко се променят „наблюдаваните“ маси на черни дупки с увеличаване на разстоянието. Именно тази стойност ще определи скоростта на разширяване на Вселената.
Илюстрация на сливането на две черни дупки. Изображение: Проект за симулиране на eXtreme Spacetimes (SXS), Университет на Чикаго
Недостатъкът на повечето съвременни методинаблюдението на разширяването на пространството е, че индивидуалните причини, които изкривяват получения резултат, може все още да не са известни. Хъбъл не знаеше за всички фактори, които влияят на връзката между яркостта и периодичността на пулсациите в цефеидите, така че неговите измервания съдържаха грешки. Освен това съвременните представи за Вселената, материята и разпространението на електромагнитните вълни може да са непълни.
За разлика от космологичните наблюдения методътпредложен от учени от Чикаго, използва само теорията на гравитацията, която е много по-разбрана. Така че имаше шанс да се сложи край на въпроса за скоростта на разширяване на Вселената.
Прочетете още:
Рекордното изхвърляне на коронална маса в Бетелгейзе е 400 милиарда пъти по-голямо от слънцето
Мегалодон изяде животно с размерите на косатка наведнъж
Еверест откри следи от ДНК, които не би трябвало да са там