Στη δεκαετία του 1920, η συζήτηση μαίνεται μεταξύ των επιστημόνων σχετικά με το μέγεθος του Σύμπαντος και τη φύση των νεφελωμάτων. Μερικοί από αυτούς
Ο επιστήμονας υπολόγισε την απόσταση από το νεφέλωμαΑνδρομέδα και έδειξε ότι είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος του Γαλαξία, που σημαίνει ότι μιλάμε για ξεχωριστό γαλαξία. Και το 1929, ο επιστήμονας δημοσίευσε μια εργασία στην οποία, με βάση την παρατήρηση πολλών γνωστών γαλαξιών, έδειξε ότι απομακρύνονται από τη Γη προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Ο κανόνας που καθορίζει τη σχέση μεταξύ της απόστασης από έναν γαλαξία και της ακτινικής του ταχύτητας ονομάζεται νόμος Hubble ή νόμος Hubble-Lemaitre.
Ο Βέλγος ιερέας και αστροφυσικός Georges Lemaitre κατέληξε στα ίδια συμπεράσματα δύο χρόνια πριν από το Hubble, αλλά η εργασία του, που δημοσιεύτηκε στα γαλλικά και σε ένα μη δημοφιλές περιοδικό, πέρασε απαρατήρητη.
Το σύγχρονο κοσμολογικό μοντέλο βασίζεται σεαρχή της διαστολής του σύμπαντος. Ωστόσο, εναλλακτικές μέθοδοι παρατήρησης δίνουν διαφορετικές τιμές για την ταχύτητά του. Οι επιστήμονες συνεχίζουν να αναπτύσσουν νέους τρόπους για να βάλουν επιτέλους ένα τέλος σε αυτό το ζήτημα. Και μετά από αυτό, καθορίστε με ακρίβεια την ηλικία, την εξέλιξη και τη σύνθεση του σύμπαντος.
Χάρτης της διαστολής του σύμπαντος. Εικόνα: NASA, Επιστημονική Ομάδα WMAP
Διαστέλλεται το σύμπαν;
Δεν υπάρχει ακριβής απάντηση σε αυτό το ερώτημα γιατίείναι αδύνατο να βγεις έξω από το σύστημα και να δεις από έξω πώς πραγματικά συμβαίνουν τα πράγματα. Αλλά η θεωρία του διαστελλόμενου σύμπαντος περιγράφει καλύτερα τις παρατηρήσεις.
Πρώτον, η εξερεύνηση του διαστήματος αποκαλύπτειredshift: αποδείχθηκε ότι όσο πιο μακριά είναι τα αντικείμενα από εμάς, τόσο περισσότερη ακτινοβολία από αυτά μετατοπίζεται στο κόκκινο μέρος του φάσματος. Στην εργασία του, ο Hubble έδειξε τη σχέση μεταξύ απόστασης και μετατόπισης προς το κόκκινο. Επιπλέον, διαπίστωσε ότι η ταχύτητα της υποχώρησης των αντικειμένων είναι ανάλογη της απόστασης από αυτά. Αυτές οι παρατηρήσεις συσχετίζονται καλύτερα με τη μετρική (γραμμική) επέκταση.
Δεύτερον, μεγάλης κλίμακας κοσμολογικές παρατηρήσειςμε βαθιά ανάλυση διαπίστωσαν ότι αν και σε τοπικές κλίμακες το Σύμπαν είναι μια «χονδροειδής» δομή (οι γαλαξίες σχηματίζουν ομάδες που χωρίζονται από κενά), σε μεγάλες αποστάσεις είναι ομοιογενές.
Τρίτον, η ομοιογένεια του διαστήματος, που προκαλείται από τη διαστολή του Σύμπαντος προς όλες τις κατευθύνσεις, επιβεβαιώνει την ομοιογένεια της κατανομής των μακρινών εκρήξεων ακτίνων γάμμα και των εκρήξεων σουπερνόβα.
Και τέλος, οι παρατηρήσεις του Ευρωπαϊκού ΧώρουΤα παρατηρητήρια δείχνουν ότι το CMB ήταν πολύ θερμότερο σε παλαιότερες εποχές. Η σταδιακή ομοιόμορφη ψύξη των ιχνών του Big Bang είναι επίσης συνεπής με τη θεωρία ενός ομοιόμορφα διαστελλόμενου σύμπαντος.
Πώς μετριέται η σταθερά του Hubble;
Η τιμή της σταθεράς που τίθεταιη σχέση μεταξύ της ταχύτητας κίνησης των γαλαξιών και της απόστασης από αυτούς υπολογίζεται μετρώντας την ερυθρή μετατόπιση των μακρινών γαλαξιών και στη συνέχεια προσδιορίζοντας τις αποστάσεις από αυτούς με κάποια άλλη μέθοδο εκτός του νόμου του Hubble.
Οι πρώτες μετρήσεις της σταθεράς έγιναν από τον ίδιο τον EdwinΧαμπλ. Παρατηρώντας το νεφέλωμα της Ανδρομέδας χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο 100 ιντσών (254 cm) στο Παρατηρητήριο Mount Wilson, ο επιστήμονας εντόπισε μεμονωμένα φωτεινά αστέρια στη σύνθεσή του. Ανάμεσά τους ήταν και Κηφείδες. Πρόκειται για μια κατηγορία παλλόμενων μεταβλητών κίτρινων γιγάντων και υπεργιγάντων, για τους οποίους η σχέση μεταξύ της περιόδου παλμών και της φωτεινότητας είναι καλά μελετημένη.
Μετρώντας και τις δύο παραμέτρους, ο επιστήμονας υπολόγισετην απόσταση από αυτά τα αστέρια, καθώς και την ερυθρή μετατόπιση των γαλαξιών, που καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της ακτινικής τους ταχύτητας. Ο συντελεστής αναλογικότητας που λήφθηκε από το Hubble ήταν περίπου 500 km/s ανά megaparsec (Mpc). Αυτό σημαίνει ότι τα αντικείμενα που βρίσκονται σε απόσταση περίπου 3,26 εκατομμυρίων ετών φωτός (1 Mpc) από τη Γη θα πρέπει να απομακρυνθούν από εμάς με ταχύτητα 500 km / s, 32,6 εκατομμύρια έτη φωτός - 5.000 km / s, και ούτω καθεξής.
Μια εικόνα του γαλαξία της Ανδρομέδας στην οποία ο ΈντουινΤο Hubble σημείωσε το ανακαλυφθέν μεταβλητό αστέρι (αριστερά) και τη λεπτομερή εικόνα του Hubble (δεξιά). Αριστερή εικόνα: Παρατηρητήρια Carnegie. Δεξιά εικόνα: NASA, ESA, η ομάδα Hubble Heritage (STScI/AURA)
Η τιμή που έλαβε το Hubble είναι σημαντικήδιαφέρει από τις σύγχρονες παρατηρήσεις. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο επιστήμονας δεν γνώριζε τους νόμους που ανακαλύφθηκαν αργότερα και επηρεάζουν την εξάρτηση της περιόδου και τη φωτεινότητα των Κηφείδων, καθώς και την επίδραση της ίδιας της ταχύτητας της τοπικής ομάδας γαλαξιών.
Οι σύγχρονες παρατηρήσεις δίνουν αντιφατικέςΑποτελέσματα. Οι όψιμες μετρήσεις του Σύμπαντος παρόμοιες με αυτές του Hubble, αλλά με νέα δεδομένα και πιο ισχυρά όργανα (συμπεριλαμβανομένου ενός διαστημικού τηλεσκοπίου που πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα), προβλέπουν μια κοσμολογική σταθερά 73 ± 1 km/s ανά Mpc. Και τα δεδομένα που ελήφθησαν στη μελέτη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων του πρώιμου Σύμπαντος είναι 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Σχέδιο μέτρησης σταθεράς χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Hubble. Εικόνα: NASA, ESA, A. Feild (STScI) και A. Riess (STScI/JHU)
Υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις;
Σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε τον Αύγουστο στο περιοδικόPhysical Review Letters, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο προτείνουν τη χρήση βαρυτικών κυμάτων που δημιουργούνται όταν συγκρούονται οι μαύρες τρύπες για τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος.
Εμφανίζεται ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με το redshiftκατά τη διάδοση των βαρυτικών κυμάτων. Σύγκρουση υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, ένα ισχυρό γεγονός. Προκαλεί βαρυτικά κύματα στο χωροχρόνο που εξαπλώνονται σαν κυματισμοί στο νερό από μια πεσμένη πέτρα.
Αυτός ο «κυματισμός» μετριέται στη Γη από τον ΑμερικανόΠαρατηρητήριο συμβολομετρικών βαρυτικών κυμάτων λέιζερ (LIGO) και το ιταλικό παρατηρητήριο Virgo. Για αρκετά χρόνια, και τα δύο παρατηρητήρια έχουν συλλέξει δεδομένα για τη σύγκρουση περισσότερων από 100 ζευγών μαύρων τρυπών.
Το σήμα από κάθε σύγκρουση περιέχειπληροφορίες για το πόσο μεγάλες ήταν οι μαύρες τρύπες. Όμως λόγω της διαστολής του σύμπαντος παραμορφώνεται. Ως αποτέλεσμα, μια μαύρη τρύπα πιο μακριά αρχίζει να φαίνεται πιο μαζική.
Οι επιστήμονες προτείνουν τη χρήση συσσωρευμένων δεδομένωνσχετικά με τις μαύρες τρύπες για να «βαθμονομήσετε» τη συσκευή. Για παράδειγμα, τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι οι περισσότερες μαύρες τρύπες που ανακαλύφθηκαν έχουν μάζα μεταξύ 5 και 40 φορές τη μάζα του Ήλιου μας.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αν μετρήσεις τις μάζεςζεύγη μαύρων τρυπών που συγκρούονται πιο κοντά μας, και στη συνέχεια προχωράμε σταδιακά, και μετά σε μεγάλο αριθμό παραδειγμάτων είναι δυνατόν να διαπιστωθεί πόσο αλλάζουν οι «παρατηρούμενες» μάζες των μαύρων οπών καθώς αυξάνεται η απόσταση. Αυτή η τιμή είναι που θα καθορίσει τον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος.
Μια απεικόνιση της συγχώνευσης δύο μαύρων τρυπών. Εικόνα: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Project, Πανεπιστήμιο του Σικάγο
Το μειονέκτημα των πιο σύγχρονων μεθόδωνΗ παρατήρηση της επέκτασης του χώρου είναι ότι, προς το παρόν, μπορεί να μην είναι γνωστές μεμονωμένες αιτίες που παραμορφώνουν το αποτέλεσμα που προκύπτει. Ο Hubble δεν γνώριζε για όλους τους παράγοντες που επηρεάζουν τη σχέση μεταξύ της φωτεινότητας και της περιοδικότητας των παλμών στους Κηφείδες, επομένως οι μετρήσεις του περιείχαν σφάλματα. Επίσης, οι σύγχρονες ιδέες για το Σύμπαν, την ύλη και τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να είναι ελλιπείς.
Σε αντίθεση με τις κοσμολογικές παρατηρήσεις, η μέθοδοςπου προτείνεται από επιστήμονες από το Σικάγο, χρησιμοποιεί μόνο τη θεωρία της βαρύτητας, η οποία είναι πολύ καλύτερα κατανοητή. Έτσι, υπήρχε μια ευκαιρία να τεθεί ένα τέλος στο θέμα του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος.
Διαβάστε περισσότερα:
Η ρεκόρ στεφανιαίας εκτόξευσης μάζας στο Betelgeuse είναι 400 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο
Ο Megalodon έτρωγε ένα ζώο στο μέγεθος μιας φάλαινας δολοφόνου κάθε φορά
Το Έβερεστ βρήκε ίχνη DNA που δεν έπρεπε να υπάρχουν