Ve dvacátých letech minulého století mezi vědci zuřila debata o velikosti vesmíru a povaze mlhovin. Někteří z nich
Vědec vypočítal vzdálenost k mlhoviněAndromeda a ukázal, že je větší než velikost Mléčné dráhy, což znamená, že mluvíme o samostatné galaxii. A v roce 1929 vědec publikoval článek, ve kterém na základě pozorování několika známých galaxií ukázal, že se vzdalují od Země různými směry. Pravidlo, které stanoví vztah mezi vzdáleností ke galaxii a její radiální rychlostí, se nazývá Hubbleův zákon nebo Hubbleův-Lemaitrov zákon.
Belgický kněz a astrofyzik Georges Lemaitre dospěl ke stejným závěrům dva roky před Hubbleem, ale jeho práce, publikovaná ve francouzštině a v nepopulárním časopise, zůstala bez povšimnutí.
Moderní kosmologický model je založen naprincip rozpínání vesmíru. Alternativní metody pozorování však dávají různé hodnoty pro jeho rychlost. Vědci pokračují ve vývoji nových způsobů, jak tento problém konečně ukončit. A poté přesně určit stáří, vývoj a složení vesmíru.
Mapa rozpínání vesmíru. Obrázek: NASA, vědecký tým WMAP
Rozpíná se vesmír?
Na tuto otázku neexistuje přesná odpověď, protožeje nemožné jít mimo systém a vidět zvenčí, jak se věci skutečně dějí. Ale pozorování nejlépe popisuje teorie rozpínajícího se vesmíru.
Za prvé, průzkum vesmíru odhaluječervený posuv: ukázalo se, že čím jsou objekty od nás vzdálenější, tím více záření z nich se posouvá do červené části spektra. Hubble ve svém článku ukázal vztah mezi vzdáleností a rudým posuvem. Navíc zjistil, že rychlost vzdalujících se objektů je úměrná vzdálenosti k nim. Tato pozorování nejlépe korelují s metrickou (lineární) expanzí.
Za druhé, rozsáhlá kosmologická pozorovánís hlubokým rozlišením zjistili, že ačkoliv je vesmír v lokálním měřítku „hrudkovanou“ strukturou (galaxie tvoří skupiny oddělené dutinami), na velké vzdálenosti je homogenní.
Za třetí, homogenita prostoru způsobená expanzí vesmíru všemi směry potvrzuje homogenitu distribuce vzdálených gama záblesků a výbuchů supernov.
A nakonec pozorování evropského prostoruobservatoře ukazují, že CMB bylo v dřívějších dobách mnohem teplejší. Postupné rovnoměrné ochlazování stop velkého třesku je také v souladu s teorií rovnoměrně se rozpínajícího vesmíru.
Jak se měří Hubbleova konstanta?
Hodnota konstanty, která se nastavujevztah mezi rychlostí pohybu galaxií a vzdáleností k nim se odhaduje měřením rudého posuvu vzdálených galaxií a následným určením vzdáleností k nim jinou metodou, než je Hubbleův zákon.
První měření konstanty provedl sám EdwinHubble. Při pozorování mlhoviny Andromeda pomocí 100palcového (254 cm) dalekohledu na observatoři Mount Wilson identifikoval vědec jednotlivé jasné hvězdy v jejím složení. Mezi nimi byly cefeidy. Jedná se o třídu pulzujících proměnných žlutých obrů a veleobrů, u kterých je dobře prostudován vztah mezi periodou pulzace a svítivostí.
Měřením obou parametrů vědec vypočítalvzdálenost k těmto hvězdám a také rudý posuv galaxií, který umožňuje určit jejich radiální rychlost. Koeficient proporcionality získaný Hubbleem byl asi 500 km/s na megaparsek (Mpc). To znamená, že objekty umístěné ve vzdálenosti asi 3,26 milionů světelných let (1 Mpc) od Země by se od nás měly vzdalovat rychlostí 500 km/s, 32,6 milionů světelných let – 5 000 km/s a tak dále.
Obraz galaxie Andromeda, ve kterém EdwinHubble zaznamenal objevenou proměnnou hvězdu (vlevo) a její detailní snímek z HST (vpravo). Levý obrázek: Carnegie Observatories. Pravý obrázek: NASA, ESA, tým Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Hodnota získaná Hubbleem je významnáse liší od moderních pozorování. Je to dáno tím, že vědec neznal později objevené zákony ovlivňující závislost periody a svítivosti cefeid a také vliv vlastní rychlosti místní skupiny galaxií.
Moderní pozorování podávají rozporuplnéVýsledek. Měření pozdního vesmíru podobná těm, která provedl Hubble, ale s novějšími daty a výkonnějšími přístroji (včetně vesmírného dalekohledu pojmenovaného po vědci), předpovídají kosmologickou konstantu 73 ± 1 km/s na Mpc. A data získaná při studiu kosmického mikrovlnného záření na pozadí raného vesmíru jsou 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Schéma pro měření konstanty pomocí Hubbleova teleskopu. Obrázek: NASA, ESA, A. Feild (STScI) a A. Riess (STScI/JHU)
Existují alternativy?
V článku publikovaném v srpnu v časopisePhysical Review Letters, vědci z University of Chicago navrhují použít k měření rychlosti rozpínání vesmíru gravitační vlny generované při srážce černých děr.
Dochází k efektu podobnému červenému posuvupři šíření gravitačních vln. Srážka supermasivních černých děr, silná událost. Způsobuje gravitační vlny v časoprostoru, které se šíří jako vlnky na vodě ze spadlého kamene.
Toto "vlnění" měří na Zemi Američanlaserová interferometrická observatoř gravitačních vln (LIGO) a italská observatoř Virgo. Obě observatoře již několik let shromažďují data o srážce více než 100 párů černých děr.
Signál z každé kolize obsahujeinformace o tom, jak masivní černé díry byly. Ale kvůli rozpínání vesmíru je zkreslený. Výsledkem je, že vzdálenější černá díra se začíná jevit jako hmotnější.
Vědci navrhují použít nashromážděná datao černých dírách za účelem „kalibrace“ zařízení. Současné důkazy například naznačují, že většina objevených černých děr má hmotnost 5 až 40násobku hmotnosti našeho Slunce.
Vědci se domnívají, že pokud změříte hmotnostipárů srážejících se černých děr nejblíže k nám, a pak postupně postupujeme dále, pak je na velkém množství příkladů možné zjistit, jak moc se „pozorované“ hmotnosti černých děr mění se vzrůstající vzdáleností. Je to tato hodnota, která určí rychlost rozpínání vesmíru.
Ilustrace sloučení dvou černých děr. Obrázek: Projekt Simulating eXtreme Spacetimes (SXS), University of Chicago
Nevýhoda většiny moderních metodpozorování rozpínání prostoru spočívá v tom, že jednotlivé příčiny, které zkreslují získaný výsledek, ještě nemusí být známy. Hubble nevěděl o všech faktorech, které ovlivňují vztah mezi svítivostí a periodicitou pulsací u cefeid, takže jeho měření obsahovala chyby. Také moderní představy o vesmíru, hmotě a šíření elektromagnetických vln mohou být neúplné.
Na rozdíl od kosmologických pozorování metodanavržený vědci z Chicaga, používá pouze teorii gravitace, která je mnohem lépe pochopitelná. Takže se naskytla šance ukončit problém rychlosti rozpínání vesmíru.
Přečtěte si více:
Rekordní výron koronální hmoty v Betelgeuse je 400 miliardkrát větší než Slunce
Megalodon sežral najednou zvíře velikosti kosatky
Everest našel stopy DNA, které by tam neměly být