В 1920-е годы споры о размерах Вселенной и природе туманностей бушевали среди ученых. Некоторые из них
המדען חישב את המרחק לערפיליתאנדרומדה והראתה שהיא גדולה מגודלה של שביל החלב, מה שאומר שאנחנו מדברים על גלקסיה נפרדת. ובשנת 1929, המדען פרסם מאמר שבו, בהתבסס על תצפיות של כמה גלקסיות ידועות, הוא הראה שהן מתרחקות מכדור הארץ לכיוונים שונים. הכלל הקובע את הקשר בין המרחק לגלקסיה לבין המהירות הרדיאלית שלה נקרא חוק האבל או חוק האבל-למאיטר.
הכומר והאסטרופיזיקאי הבלגי ז'ורז' למייטר הגיעו לאותן מסקנות שנתיים לפני האבל, אבל מאמרו, שפורסם בצרפתית ובמגזין לא פופולרי, לא נקלט.
המודל הקוסמולוגי המודרני מבוסס עלעקרון התפשטות היקום. עם זאת, שיטות תצפית חלופיות נותנות ערכים שונים למהירות שלה. מדענים ממשיכים לפתח דרכים חדשות לשים סוף סוף סוף לנושא הזה. ואחרי זה, קבע במדויק את הגיל, האבולוציה וההרכב של היקום.
מפת התפשטות היקום. תמונה: נאס"א, צוות המדע של WMAP
האם היקום מתרחב?
אין תשובה מדויקת לשאלה זו כיאי אפשר לצאת מחוץ למערכת ולראות מבחוץ איך דברים קורים באמת. אבל התיאוריה של היקום המתפשט מתארת בצורה הטובה ביותר תצפיות.
ראשית, חקר החלל מגלההסטה לאדום: התברר שככל שעצמים רחוקים מאיתנו, יותר קרינה מהם מוזזת לחלק האדום של הספקטרום. במאמרו, האבל הראה את הקשר בין מרחק להיסט לאדום. בנוסף, הוא מצא שמהירותם של עצמים נסוגים פרופורציונלית למרחק אליהם. תצפיות אלו מתואמות בצורה הטובה ביותר עם התרחבות מטרית (לינארית).
Во-вторых, масштабные космологические наблюдения с глубоким разрешением выяснили, что хотя в локальных масштабах Вселенная представляет собой «комковатую» структуру (галактики формируют группы, разделенные пустотами) на больших расстояниях она однородна.
שלישית, ההומוגניות של החלל, הנגרמת על ידי התפשטות היקום לכל הכיוונים, מאשרת את ההומוגניות של התפלגות התפרצויות קרני גמא רחוקות והתפוצצויות סופרנובה.
ולבסוף, התצפיות של החלל האירופימצפה כוכבים מראים שה-CMB היה הרבה יותר חם בזמנים קדומים יותר. ההתקררות האחידה ההדרגתית של עקבות המפץ הגדול תואמת גם את התיאוריה של יקום מתפשט באופן אחיד.
כיצד נמדד קבוע האבל?
Значение постоянной, которая устанавливает зависимость между скоростью движения галактик и расстоянием до них, оценивается путем измерения красного смещения далеких галактик и последующего определения расстояний до них каким-либо другим методом, кроме закона Хаббла.
Первые измерения постоянной провел сам Эдвин Хаббл. Наблюдая за Туманностью Андромеды с помощью 100-дюймового (254 см) телескопа обсерватории Маунт-Вилсон ученый выделил в ее составе отдельные яркие звезды. Среди них были цефеиды. Это класс пульсирующих переменных желтых гигантов и сверхгигантов, для которых хорошо изучена зависимость между периодом пульсации и светимостью.
על ידי מדידת שני הפרמטרים, המדען חישבהמרחק לכוכבים אלה, כמו גם ההיסט לאדום של גלקסיות, המאפשר לקבוע את מהירותן הרדיאלית. מקדם המידתיות שהושג על ידי האבל היה כ-500 קמ"ש למגה-פרסק (Mpc). המשמעות היא שעצמים הממוקמים במרחק של כ-3.26 מיליון שנות אור (1 MPc) מכדור הארץ צריכים להתרחק מאיתנו במהירות של 500 קמ"ש, 32.6 מיליון שנות אור - 5,000 קמ"ש וכן הלאה.
תמונה של גלקסיית אנדרומדה שבה אדוויןהאבל ציין את הכוכב המשתנה שהתגלה (משמאל) ואת תמונת האבל המפורטת שלו (מימין). תמונה שמאל: מצפה הכוכבים של קרנגי. תמונה מימין: נאס"א, ESA, צוות מורשת האבל (STScI/AURA)
Значение, полученное Хабблом, существенно отличается от современных наблюдений. Это связано с тем, что ученый не знал открытых позже законов, влияющих на зависимость периода и светимости цефеид, а также влияние собственной скорости местной группы галактик.
תצפיות מודרניות נותנות סתירהתוצאות. מדידות היקום המאוחרות דומות לאלו שנעשו על ידי האבל, אך עם נתונים חדשים יותר ומכשירים חזקים יותר (כולל טלסקופ חלל על שמו של המדען), מנבאות קבוע קוסמולוגי של 73 ± 1 ק"מ לשנייה ל-MPC. והנתונים שהתקבלו במחקר של קרינת הרקע הקוסמית של המיקרוגל של היקום המוקדם הם 67.4 ± 0.5 (ק"מ/שניה)/MPc.
Схема измерения постоянной при помощи телескопа «Хаббл». Изображение: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)
האם יש אלטרנטיבות?
במאמר שפורסם באוגוסט בכתב העתמכתבי סקירה פיזיקלית, מדענים מאוניברסיטת שיקגו מציעים להשתמש בגלי כבידה הנוצרים כאשר חורים שחורים מתנגשים כדי למדוד את קצב ההתפשטות של היקום.
Эффект аналогичный красному смещения возникает при распространении гравитационных волн. Столкновение сверхмассивных черных дыр, мощное событие. Оно вызывает в пространстве-времени гравитационные волны, которые распространяются, как круги на воде от упавшего камня.
ה"אדווה" הזו נמדדת על פני כדור הארץ על ידי האמריקאימצפה הכבידה האינטרפרומטרי בלייזר (LIGO) ומצפה הכוכבים האיטלקי בתולה. במשך כמה שנים, שני המצפים אספו נתונים על התנגשות של יותר מ-100 זוגות של חורים שחורים.
האות מכל התנגשות מכילמידע על כמה חורים שחורים מסיביים היו. אבל בגלל התפשטות היקום, הוא מעוות. כתוצאה מכך, חור שחור רחוק יותר מתחיל להיראות מסיבי יותר.
Ученые предлагают использовать накопленные данные о черных дырах для того, чтобы «откалибровать» прибор. Например, текущие данные свидетельствуют о том, что большинство обнаруженных черных дыр имеют массу от 5 до 40 раз больше массы нашего Солнца.
חוקרים מאמינים שאם מודדים את ההמוניםזוגות של חורים שחורים מתנגשים הקרובים אלינו, ואז ממשיכים בהדרגה, ואז על מספר רב של דוגמאות ניתן לקבוע עד כמה המסות ה"נצפות" של החורים השחורים משתנות ככל שהמרחק גדל. ערך זה הוא שיקבע את קצב ההתפשטות של היקום.
איור של מיזוג שני חורים שחורים. תמונה: פרויקט סימולציה של eXtreme Spacetimes (SXS), אוניברסיטת שיקגו
החיסרון של רוב השיטות המודרניותהתבוננות בהרחבת המרחב היא שגורמים בודדים המעוותים את התוצאה שהושגה אולי עדיין לא ידועים. האבל לא ידע על כל הגורמים המשפיעים על הקשר בין בהירות ומחזוריות פעימה בקפאידים, ולכן המדידות שלו הכילו שגיאות. כמו כן, רעיונות מודרניים על היקום, החומר והתפשטות גלים אלקטרומגנטיים עשויים להיות חלקיים.
בניגוד לתצפיות קוסמולוגיות, השיטהשהוצע על ידי מדענים משיקגו, משתמש רק בתורת הכבידה, שהיא מובנת הרבה יותר. אז, היה סיכוי לשים קץ לסוגיית קצב ההתפשטות של היקום.
קרא עוד:
שיא פליטת המסה העטרה ב-Betelgeuse גדולה פי 400 מיליארד מהשמש
מגלודון אכל חיה בגודל של לוויתן קטלן בכל פעם
האוורסט מצא עקבות של DNA שלא אמורים להיות שם