1920 年代、宇宙の大きさと星雲の性質について科学者の間で議論が激しくなりました。それらのいくつか
その科学者は星雲までの距離を計算したアンドロメダは、それが天の川のサイズよりも大きいことを示しました。これは、別の銀河について話していることを意味します。そして1929年、科学者は、いくつかの既知の銀河の観察に基づいて、それらが地球からさまざまな方向に離れていることを示した論文を発表しました.銀河までの距離とその視線速度の関係を確立する規則は、ハッブルの法則またはハッブル・ルメートルの法則と呼ばれます。
ベルギーの聖職者で天体物理学者のジョルジュ・ルメートルは、ハッブルの 2 年前に同じ結論に達しましたが、彼の論文はフランス語で不人気な雑誌に掲載されましたが、注目されませんでした。
現代の宇宙モデルは、宇宙膨張の原理。ただし、別の観察方法では、その速度に異なる値が与えられます。科学者たちは、この問題に最終的に終止符を打つための新しい方法を開発し続けています。その後、宇宙の年齢、進化、組成を正確に決定します。
宇宙の膨張の地図。画像: NASA、WMAP 科学チーム
宇宙は膨張している？
この質問に対する正確な答えはありません。システムの外に出て、物事が実際にどのように起こっているかを外部から見ることは不可能です。しかし、膨張する宇宙の理論は観測を最もよく説明しています。
まず、宇宙探査が明らかにする赤方偏移: オブジェクトが私たちから遠くにあるほど、それらからの放射が多くなり、スペクトルの赤い部分にシフトすることが判明しました。彼の論文で、ハッブルは距離と赤方偏移の関係を示しました。さらに、遠ざかる物体の速度は物体までの距離に比例することを発見しました。これらの観察結果は、メトリック (線形) 展開と最もよく相関しています。
第二に、大規模宇宙観測彼らは、局所的なスケールでは宇宙が「でこぼこした」構造（銀河が空隙で区切られたグループを形成している）であるにもかかわらず、遠距離では均質であることを深い解像度で発見しました。
第三に、あらゆる方向への宇宙の膨張によって引き起こされる空間の均一性は、遠く離れたガンマ線バーストと超新星爆発の分布の均一性を裏付けています。
そして最後に、ヨーロッパ宇宙の観測観測所は、CMB が以前の時代にはるかに暖かかったことを示しています。ビッグバンの痕跡が徐々に均一に冷却されることも、均一に膨張する宇宙の理論と一致しています。
ハッブル定数はどのように測定されますか?
設定する定数の値銀河の移動速度と銀河までの距離の関係は、遠方の銀河の赤方偏移を測定し、ハッブルの法則以外の方法で銀河までの距離を決定することによって推定されます。
定数の最初の測定はエドウィン自身によって行われましたハッブル。科学者は、ウィルソン山天文台の 100 インチ (254 cm) 望遠鏡を使用してアンドロメダ星雲を観察し、その組成の中に個々の明るい星を特定しました。その中にはセファイド星人もいた。これは、黄色巨星と超巨星の脈動変数の一種であり、脈動周期と光度の関係がよく研究されています。
両方のパラメータを測定することにより、科学者は計算しましたこれらの星までの距離、および銀河の赤方偏移により、それらの視線速度を決定することができます。ハッブルによって得られた比例係数は、約 500 km/s/メガパーセク (Mpc) でした。これは、地球から約 326 万光年 (1 Mpc) の距離にある物体が、500 km / s、3260 万光年 - 5,000 km / s などの速度で私たちから遠ざかることを意味します。
エドウィンが乗ったアンドロメダ銀河の画像ハッブルは、発見された変光星 (左) とその詳細なハッブル画像 (右) に注目しました。左の画像: カーネギー天文台。右の画像: NASA、ESA、ハッブル ヘリテージ チーム (STScI/AURA)
ハッブルによって得られた値は重要です現代の観察とは異なります。これは、科学者が後に発見された、セファイドの周期と光度の依存性、および局所的な銀河群自体の速度の影響に影響を与える法則を知らなかったという事実によるものです。
現代の観察は矛盾を与える結果。後期宇宙の測定値は、ハッブルによって行われたものと同様ですが、より新しいデータとより強力な機器 (科学者にちなんで名付けられた宇宙望遠鏡を含む) を使用して、Mpc あたり 73 ± 1 km/s の宇宙定数を予測しています。また、初期宇宙の宇宙マイクロ波背景放射の研究で得られたデータは、67.4 ± 0.5 (km/s)/Mpc です。
ハッブル望遠鏡を使用して定数を測定するスキーム。画像: NASA、ESA、A. フィールド (STScI)、および A. リース (STScI/JHU)
代替手段はありますか？
8月にジャーナルに掲載された論文ではPhysical Review Letters によると、シカゴ大学の科学者は、ブラック ホールが衝突したときに生成される重力波を使用して、宇宙の膨張率を測定することを提案しています。
赤方偏移と同様の効果が発生する重力波の伝播中。超大質量ブラックホールの衝突、強力なイベント。それは時空に重力波を引き起こし、落ちた石から水面に波紋が広がるように広がります。
この「波紋」はアメリカ人によって地球上で測定されますレーザー干渉重力波天文台 (LIGO) とイタリアの天文台乙女座。数年間、両天文台は 100 組以上のブラック ホールの衝突に関するデータを収集してきました。
各衝突からの信号にはブラックホールの質量に関する情報。しかし、宇宙の膨張により、それは歪んでいます。その結果、遠くにあるブラック ホールの質量が大きくなり始めます。
科学者は蓄積されたデータの利用を提案デバイスを「校正」するためにブラックホールについて説明します。たとえば、現在の証拠によると、発見されたブラック ホールのほとんどは、太陽の質量の 5 ～ 40 倍の質量を持っています。
研究者は、質量を測定すると衝突するブラック ホールのペアが最も近くにあり、その後徐々に移動します。多くの例では、距離が増加するにつれて「観測された」ブラック ホールの質量がどの程度変化するかを確認することができます。宇宙の膨張率を決定するのはこの値です。
2 つのブラック ホールの合体の図。画像: シカゴ大学、Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) プロジェクト
最新の方法の欠点空間の膨張の観察は、得られた結果を歪める個々の原因がまだわかっていない可能性があるということです。ハッブルは、セファイドの光度と脈動の周期性との関係に影響を与えるすべての要因を知っていたわけではないため、彼の測定には誤差が含まれていました。また、宇宙、物質、電磁波の伝播に関する現代の考えは不完全かもしれません。
宇宙観測とは異なり、この方法はシカゴの科学者によって提案されたもので、はるかによく理解されている重力理論のみを使用しています。それで、宇宙の膨張率の問題に終止符を打つチャンスがありました。
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