Az 1920-as években vita dúlt a tudósok között az Univerzum méretéről és a ködök természetéről. Néhányan közülük
A tudós kiszámította a köd távolságátAndromeda és megmutatta, hogy nagyobb, mint a Tejútrendszer mérete, ami azt jelenti, hogy egy külön galaxisról beszélünk. 1929-ben pedig a tudós publikált egy tanulmányt, amelyben több ismert galaxis megfigyelései alapján kimutatta, hogy azok különböző irányokba távolodnak el a Földtől. A galaxis távolsága és sugárirányú sebessége közötti összefüggést megállapító szabályt Hubble törvénynek vagy Hubble-Lemaitre törvénynek nevezik.
Georges Lemaitre belga pap és asztrofizikus két évvel Hubble előtt ugyanerre a következtetésre jutott, de franciául és egy népszerűtlen folyóiratban megjelent dolgozatát nem vették észre.
A modern kozmológiai modell azon alapulaz univerzum tágulásának elve. Az alternatív megfigyelési módszerek azonban különböző értékeket adnak a sebességére. A tudósok folyamatosan új módszereket dolgoznak ki, hogy végre véget vessenek ennek a kérdésnek. És ezt követően pontosan határozza meg az univerzum korát, fejlődését és összetételét.
Az univerzum tágulásának térképe. Kép: NASA, WMAP Science Team
Az univerzum tágul?
Erre a kérdésre nincs pontos válasz, mertlehetetlen kilépni a rendszeren, és kívülről látni, hogyan történnek a dolgok valójában. De a táguló univerzum elmélete írja le a legjobban a megfigyeléseket.
Először is, az űrkutatás felfedivöröseltolódás: kiderült, hogy minél távolabb vannak tőlünk az objektumok, annál több a belőlük érkező sugárzás a spektrum vörös részére tolódik el. Hubble tanulmányában megmutatta a távolság és a vöröseltolódás kapcsolatát. Ezenkívül azt találta, hogy a távolodó tárgyak sebessége arányos a távolsággal. Ezek a megfigyelések leginkább a metrikus (lineáris) bővüléssel korrelálhatók.
Másodszor, nagyszabású kozmológiai megfigyelésekmély felbontással azt találták, hogy bár lokális léptékben az Univerzum „csomós” szerkezet (a galaxisok üregekkel elválasztott csoportokat alkotnak), nagy távolságban homogén.
Harmadszor, a tér homogenitása, amelyet az Univerzum minden irányú tágulása okoz, megerősíti a távoli gamma-kitörések és szupernóva-robbanások eloszlásának homogenitását.
És végül az európai tér megfigyeléseiobszervatóriumok azt mutatják, hogy a CMB sokkal melegebb volt a korábbi időkben. Az Ősrobbanás nyomainak fokozatos egyenletes lehűlése összhangban van az egyenletesen táguló univerzum elméletével is.
Hogyan mérhető a Hubble-állandó?
A beállító állandó értékea galaxisok mozgási sebessége és a hozzájuk való távolság közötti összefüggést úgy becsülik meg, hogy megmérik a távoli galaxisok vöröseltolódását, majd a távolságukat a Hubble-törvénytől eltérő módszerrel határozzák meg.
Az állandó első mérését maga Edwin végezteHubble. A Mount Wilson Obszervatórium 100 hüvelykes (254 cm) teleszkópjával megfigyelve az Androméda-ködöt a tudós egyedi fényes csillagokat azonosított annak összetételében. Voltak köztük cefeidák is. Ez a sárga óriások és szuperóriások pulzáló változóinak osztálya, amelyeknél a pulzálási periódus és a fényesség közötti összefüggést alaposan tanulmányozták.
Mindkét paraméter mérésével a tudós kiszámítottaezeknek a csillagoknak a távolságát, valamint a galaxisok vöröseltolódását, ami lehetővé teszi a sugárirányú sebességük meghatározását. A Hubble által kapott arányossági együttható körülbelül 500 km/s volt megaparszekenként (Mpc). Ez azt jelenti, hogy a Földtől körülbelül 3,26 millió fényév (1 Mpc) távolságra lévő objektumok 500 km/s, 32,6 millió fényév - 5000 km/s stb. sebességgel távolodjanak el tőlünk.
Az Androméda galaxis képe, amelyen EdwinHubble feljegyezte a felfedezett változócsillagot (balra) és annak részletes Hubble-képét (jobbra). Bal oldali kép: Carnegie Observatories. Jobb oldali kép: NASA, ESA, a Hubble Örökség Csapat (STScI/AURA)
A Hubble által kapott érték jelentőseltér a modern megfigyelésektől. Ennek az az oka, hogy a tudós nem ismerte a később felfedezett törvényszerűségeket, amelyek befolyásolják a kefeidák periódusának és fényességének függőségét, valamint a helyi galaxiscsoport saját sebességének hatását.
A modern megfigyelések ellentmondásosakeredmények. A késői univerzumban a Hubble által végzett mérésekhez hasonló, de új adatokkal és erősebb műszerekkel (köztük a tudósról elnevezett űrteleszkóppal) 73 ± 1 km/s kozmológiai állandót jósolnak meg Mpc-nként. A korai Univerzum kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásának vizsgálata során kapott adat pedig 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Egy állandó mérési sémája a Hubble-teleszkóp segítségével. Kép: NASA, ESA, A. Feild (STScI) és A. Riess (STScI/JHU)
Vannak alternatívák?
A folyóiratban augusztusban megjelent cikkbenA Chicagói Egyetem tudósai a Physical Review Letters szerint a fekete lyukak ütközésekor keletkező gravitációs hullámok felhasználását javasolják az univerzum tágulási sebességének mérésére.
A vöröseltolódáshoz hasonló hatás lép fela gravitációs hullámok terjedése során. Szupermasszív fekete lyukak ütközése, hatalmas esemény. Gravitációs hullámokat okoz a téridőben, amelyek hullámzásként terjednek a vízen egy ledőlt kőről.
Ezt a "hullámzást" a Földön méri az amerikailézer interferometrikus gravitációs hullám obszervatórium (LIGO) és az olasz Virgo obszervatórium. Évek óta mindkét obszervatórium több mint 100 pár fekete lyuk ütközéséről gyűjtött adatokat.
Az egyes ütközésekből származó jel tartalmazzainformációk a fekete lyukak tömegéről. De az univerzum tágulása miatt eltorzul. Ennek eredményeként a távolabbi fekete lyuk tömegesebbnek tűnik.
A tudósok a felhalmozott adatok felhasználását javasoljáka fekete lyukakról az eszköz „kalibrálása” érdekében. A jelenlegi bizonyítékok szerint például a legtöbb felfedezett fekete lyuk tömege a Nap tömegének 5-40-szerese.
A kutatók úgy vélik, hogy ha a tömegeket mérjüka hozzánk legközelebb eső fekete lyuk párok ütköznek, majd fokozatosan haladunk tovább, majd nagyszámú példán megállapítható, hogy a távolság növekedésével mennyit változnak a fekete lyukak „megfigyelt” tömegei. Ez az érték határozza meg az univerzum tágulási sebességét.
Két fekete lyuk egyesülésének illusztrációja. Kép: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Project, University of Chicago
A legtöbb modern módszer hátrányaA tér tágulásának megfigyelése az, hogy egyelőre nem ismertek olyan egyedi okok, amelyek torzítják a kapott eredményt. Hubble nem tudott minden olyan tényezőről, amely befolyásolja a kefeidák fényessége és pulzációi periodicitása közötti kapcsolatot, ezért mérései hibákat tartalmaztak. A Világegyetemről, az anyagról és az elektromágneses hullámok terjedéséről szóló modern elképzelések is hiányosak lehetnek.
A kozmológiai megfigyelésekkel ellentétben a módszerchicagói tudósok által javasolt, csak a gravitáció elméletét használja, amely sokkal jobban érthető. Így lehetőség nyílt arra, hogy véget vessünk az univerzum tágulási ütemének kérdésének.
Olvass tovább:
A Betelgeuse-nél elért rekord koronális tömeg 400 milliárdszor nagyobb, mint a Napé
Megalodon egy kardszárnyú bálna méretű állatot evett egyszerre
Az Everest DNS-nyomokat talált, amelyeknek nem kellene ott lenniük