1920-aisiais tarp mokslininkų kilo diskusijos apie Visatos dydį ir ūkų prigimtį. Kai kurie iš jų
Mokslininkas apskaičiavo atstumą iki ūkoAndromeda ir parodė, kad ji yra didesnė nei Paukščių Tako dydis, o tai reiškia, kad kalbame apie atskirą galaktiką. O 1929 metais mokslininkas paskelbė darbą, kuriame, remdamasis kelių žinomų galaktikų stebėjimais, parodė, kad jos tolsta nuo Žemės įvairiomis kryptimis. Taisyklė, nustatanti ryšį tarp atstumo iki galaktikos ir jos radialinio greičio, vadinama Hablo dėsniu arba Hablo-Lemaitro dėsniu.
Belgijos kunigas ir astrofizikas Georgesas Lemaitre'as padarė tokias pačias išvadas prieš dvejus metus prieš Hablo, tačiau jo straipsnis, publikuotas prancūzų kalba ir nepopuliariame žurnale, liko nepastebėtas.
Šiuolaikinis kosmologinis modelis remiasiVisatos plėtimosi principas. Tačiau alternatyvūs stebėjimo metodai suteikia skirtingas jo greičio vertes. Mokslininkai ir toliau kuria naujus būdus, kaip pagaliau išspręsti šią problemą. Ir po to tiksliai nustatykite visatos amžių, evoliuciją ir sudėtį.
Visatos plėtimosi žemėlapis. Vaizdas: NASA, WMAP mokslo komanda
Ar visata plečiasi?
Tikslaus atsakymo į šį klausimą nėra, nesneįmanoma išeiti už sistemos ribų ir pamatyti iš šalies, kaip viskas vyksta iš tikrųjų. Tačiau besiplečiančios visatos teorija geriausiai apibūdina stebėjimus.
Pirma, kosmoso tyrinėjimas atskleidžiaraudonasis poslinkis: paaiškėjo, kad kuo toliau nuo mūsų yra objektai, tuo daugiau spinduliuotės iš jų pasislenka į raudonąją spektro dalį. Savo darbe Hablas parodė ryšį tarp atstumo ir raudonojo poslinkio. Be to, jis nustatė, kad tolstančių objektų greitis yra proporcingas atstumui iki jų. Šie stebėjimai geriausiai koreliuoja su metrine (tiesine) plėtra.
Antra, didelio masto kosmologiniai stebėjimaisu gilia raiška jie išsiaiškino, kad nors lokaliais masteliais Visata yra „glumėta“ struktūra (galaktikos sudaro grupes, kurias skiria tuštumos), dideliais atstumais ji yra vienalytė.
Trečia, kosmoso homogeniškumas, kurį sukelia Visatos plėtimasis visomis kryptimis, patvirtina tolimų gama spindulių pliūpsnių ir supernovų sprogimų pasiskirstymo vienalytiškumą.
Ir pabaigai – Europos erdvės stebėjimaiobservatorijos rodo, kad ankstesniais laikais CMB buvo daug šiltesnis. Laipsniškas vienodas Didžiojo sprogimo pėdsakų aušinimas taip pat atitinka tolygiai besiplečiančios visatos teoriją.
Kaip matuojama Hablo konstanta?
Konstantos, kuri nustato, reikšmėryšys tarp galaktikų judėjimo greičio ir atstumo iki jų apskaičiuojamas išmatavus tolimų galaktikų raudonąjį poslinkį, o vėliau atstumą iki jų nustatant kitu metodu, o ne pagal Hablo dėsnį.
Pirmuosius konstantos matavimus atliko pats EdvinasHablas. Stebėdamas Andromedos ūką 100 colių (254 cm) teleskopu Mount Wilson observatorijoje, mokslininkas nustatė atskiras ryškias žvaigždes jo sudėtyje. Tarp jų buvo ir cefeidų. Tai geltonųjų milžinų ir supergigantų pulsuojančių kintamųjų klasė, kurios pulsavimo periodo ir šviesumo ryšys yra gerai ištirtas.
Išmatavus abu parametrus, mokslininkas apskaičiavoatstumas iki šių žvaigždžių, taip pat galaktikų raudonasis poslinkis, leidžiantis nustatyti jų radialinį greitį. Hablo gautas proporcingumo koeficientas buvo apie 500 km/s per megaparseką (Mpc). Tai reiškia, kad objektai, esantys maždaug 3,26 milijono šviesmečių (1 Mpc) atstumu nuo Žemės, turėtų tolti nuo mūsų 500 km/s greičiu, 32,6 milijono šviesmečių – 5000 km/s ir pan.
Andromedos galaktikos vaizdas, kuriame EdvinasHablas atkreipė dėmesį į aptiktą kintamą žvaigždę (kairėje) ir jos išsamų Hablo vaizdą (dešinėje). Kairysis vaizdas: Carnegie observatorijos. Dešinysis vaizdas: NASA, ESA, Hablo paveldo komanda (STScI/AURA)
Hablo gauta vertė yra reikšmingaskiriasi nuo šiuolaikinių stebėjimų. Taip yra dėl to, kad mokslininkas nežinojo vėliau atrastų dėsnių, turinčių įtakos cefeidų periodo ir šviesumo priklausomybei, taip pat vietinės galaktikų grupės savo greičio įtakai.
Šiuolaikiniai stebėjimai duoda prieštaringųrezultatus. Vėlyvosios Visatos matavimai, panašūs į tuos, kuriuos atliko Hablo, tačiau naudojant naujesnius duomenis ir galingesnius instrumentus (įskaitant mokslininko vardu pavadintą kosminį teleskopą), prognozuojama, kad kosmologinė konstanta yra 73 ± 1 km/s vienam Mpc. O ankstyvosios Visatos kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės tyrimo metu gauti duomenys yra 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Konstantos matavimo naudojant Hablo teleskopą schema. Vaizdas: NASA, ESA, A. Feild (STScI) ir A. Riess (STScI / JHU)
Ar yra alternatyvų?
Rugpjūčio mėnesį žurnale paskelbtame straipsnyjePhysical Review Letters, Čikagos universiteto mokslininkai siūlo naudoti gravitacines bangas, susidarančias susidūrus juodosioms skylėms, kad būtų galima išmatuoti visatos plėtimosi greitį.
Atsiranda efektas, panašus į raudonąjį poslinkįgravitacinių bangų sklidimo metu. Supermasyvių juodųjų skylių susidūrimas, galingas įvykis. Jis erdvėlaikyje sukelia gravitacines bangas, kurios plinta kaip raibuliukai ant vandens nuo nukritusio akmens.
Šį „raibulį“ Žemėje matuoja amerikietislazerinė interferometrinė gravitacinių bangų observatorija (LIGO) ir Italijos observatorija Virgo. Jau keletą metų abi observatorijos rinko duomenis apie daugiau nei 100 juodųjų skylių porų susidūrimą.
Kiekvieno susidūrimo signalas yrainformacija apie tai, kokios didžiulės buvo juodosios skylės. Tačiau dėl visatos plėtimosi ji yra iškreipta. Dėl to toliau esanti juodoji skylė pradeda atrodyti masyvesnė.
Mokslininkai siūlo naudoti sukauptus duomenisapie juodąsias skyles, kad būtų galima „kalibruoti“ įrenginį. Pavyzdžiui, dabartiniai įrodymai rodo, kad daugumos aptiktų juodųjų skylių masė yra nuo 5 iki 40 kartų didesnė už mūsų Saulės masę.
Tyrėjai mano, kad jei matuojate masesarčiausiai mūsų susiduriančių juodųjų skylių poros, o po to palaipsniui juda toliau, tada iš daugybės pavyzdžių galima nustatyti, kiek keičiasi „stebėtos“ juodųjų skylių masės didėjant atstumui. Būtent ši vertė lems Visatos plėtimosi greitį.
Dviejų juodųjų skylių susijungimo iliustracija. Vaizdas: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) projektas, Čikagos universitetas
Daugumos šiuolaikinių metodų trūkumaserdvės plėtimosi stebėjimas yra tai, kad atskiros priežastys, iškreipiančios gautą rezultatą, dar gali būti nežinomos. Hablas nežinojo apie visus veiksnius, turinčius įtakos cefeidų šviesumo ir pulsacijos periodiškumo ryšiui, todėl jo matavimuose buvo klaidų. Be to, šiuolaikinės idėjos apie Visatą, materiją ir elektromagnetinių bangų sklidimą gali būti neišsamios.
Skirtingai nuo kosmologinių stebėjimų, metodaspasiūlė mokslininkai iš Čikagos, naudoja tik gravitacijos teoriją, kuri yra daug geriau suprantama. Taigi, atsirado galimybė išspręsti visatos plėtimosi greičio klausimą.
Skaityti daugiau:
Rekordinis vainikinės masės išmetimas Betelgeuse yra 400 milijardų kartų didesnis už saulę
Megalodonas vienu metu suvalgė banginio žudiko dydžio gyvūną
Everestas aptiko DNR pėdsakų, kurių ten neturėtų būti