Gadu desmitiem gravitācijas teorija, kas izriet no vispārējās relativitātes teorijas,
Šajā laikā pētnieki to pirmo reizi atklājaTālo galaktiku uzvedība neatbilst gravitācijas teorijas prognozēm. Telpas laika izkropļojumi no attālām kopām un zvaigžņu sistēmām izrādījās daudz spēcīgāki nekā šādu objektu masa, kas aprēķināta, pamatojoties uz novērojumiem.
Vēlāk, 90. gadu beigās, pētniekiatklāja vēl vienu neparastu faktu. Izrādās, ka Visuma izplešanās ātrums ar laiku palielinās. Šis efekts radīja vēl vienu izaicinājumu Alberta Einšteina teorijai: matērijas gravitācijas ietekmei vajadzēja palēnināt Visuma izplešanos, nevis to paātrināt. Mūsdienu kosmoloģiskais modelis – ΛCDM modelis – ir atradis atbildes uz šiem jautājumiem, taču zinātnieki neatmet cerības mest izaicinājumu 20. gadsimta pirmās puses ģēnijam.
Kāpēc zinātnieki domā, ka Visums paplašinās ar paātrinātu ātrumu?
gadā tika atklāta Visuma paātrinātā izplešanās1998. gadā divu neatkarīgu komandu darba rezultātā: Supernova Cosmology Project un High-Z Supernova Search Group. Abas pētnieku grupas pētīja Visuma izplešanās paātrinājumu, analizējot tālu zvaigžņu sprādzienus.
La tipa supernovām ir gandrīz tādas pašasstandarta spilgtums. Vērojot šādu objektu spilgtumu, var noteikt, cik tālu tie atrodas. Turklāt, Visumam paplašinoties, gaisma no attāliem objektiem pāriet uz spektra sarkano pusi. Mērot sarkano nobīdi, var noteikt, cik daudz Visums ir paplašinājies kopš supernovas rašanās.
Astrofiziķi šo laikāeksperimenti bija pārliecināti, ka Visumam vajadzētu izplesties lēnāk, pēc tam procesam vajadzētu vai nu apstāties, vai sākt sarukt. Taču negaidītais rezultāts, pie kura abas zinātnieku grupas nonāca neatkarīgi, bija tas, ka Visums izplešas ar paātrinātu ātrumu.
Vēlāk tika apstiprināta Visuma paplašināšanāscitas metodes. Kosmoloģiskā mikroviļņu fona mērīšana (Lielā sprādziena pēdas), gravitācijas lēcu ietekme un barionu akustisko svārstību analīze apstiprina hipotēzi par Visuma paplašināšanos.
2007. gadā abām komandām, kas atklāja Visuma paplašināšanās efektu, tika piešķirta Grūbera balva kosmoloģijas jomā, bet 2011. gadā trīs no dalībniecēm tika apbalvotas ar Nobela prēmiju fizikā.
Paātrināta Visuma izplešanās. Attēls: NASA, STSci, Ann Feild
Kā izskaidrot paātrināto paplašināšanos?
Lai izskaidrotu novērojumus (Visuma paplašināšanos un spēcīgāku laika telpas izkropļojumu no tālām galaktikām), zinātnieki ieviesa divus jaunus modeļus – tumšo vielu un tumšo enerģiju.
Tumšā viela ir hipotētiska formamatērija, kas, pēc zinātnieku domām, veido aptuveni 85% no Visuma matērijas. To sauc par tumšo, jo tas nekādā veidā nesadarbojas ar elektromagnētisko lauku. Citiem vārdiem sakot, šāda viela neatstaro, neuzsūc un neizstaro gaismu un citus elektromagnētiskos viļņus. Tomēr tam ir sava masa un līdz ar to arī gravitācijas ietekme. Tumšās vielas pievienošana kosmoloģiskajiem modeļiem palīdz izskaidrot tālu galaktiku spēcīgāko gravitāciju.
Tumšā enerģija ir hipotētiska formaenerģija, atšķirībā no tumšās matērijas, par to ir maz zināms. Tiek uzskatīts, ka tumšā enerģija ir ļoti viendabīga, ne pārāk blīva un nevar mijiedarboties ar citiem pamatspēkiem, izņemot gravitāciju. Šī enerģija ir saistīta ar vakuuma enerģiju. Ja pieņemam, ka Visumam paplašinoties un palielinoties brīvajai telpai, šī enerģija palielinās, tad var izskaidrot pāreju no vienmērīgas uz paātrinātu izplešanos.
Lai gan tumšās enerģijas hipotēze labi raksturoVisumā novērotos procesus, tā eksistenci un mijiedarbību tikai ar gravitācijas lauku ir grūti saistīt ar vispārējo relativitātes teoriju un Einšteina gravitācijas teoriju.
Kā pārbaudīt teoriju?
Daži zinātnieki uzskata, ka, ja teorijagravitācija nevar izskaidrot tumšo enerģiju, iespējams, tā ir nepilnīga, un vienādojumam ir jāpievieno papildu parametrs vai mainīgais, kas sasaistīs visus novērojumus. Lai pārbaudītu šo hipotēzi, zinātnieki pagātnē meklē gravitācijas teorijas pārkāpuma pazīmes.
Viens no šādiem darbiem ir starptautiskie pētījumitumšā enerģija, izmantojot 4 metru Viktora Blanko teleskopu Čīlē. Šī novērojuma rezultāti tika prezentēti augustā Starptautiskajā konferencē par daļiņu fiziku un kosmoloģiju (COSMO’22) Riodežaneiro.
Pētījuma dalībnieki meklēja pierādījumusfakts, ka gravitācijas spēks ir mainījies visā Visuma vēsturē vai tālā pagātnē. Savā darbā viņi papildus galvenajam Blanco teleskopam izmantoja datus no Eiropas Kosmosa aģentūras Planck satelīta.
Astrofiziķi ir pētījuši galaktiku attēlussmalkāku izkropļojumu klātbūtne, ko rada tumšās matērijas izliekums, ko sauc par vāju gravitācijas lēcu. Gravitācijas spēks nosaka tumšās matērijas struktūru izmērus un izplatību, un izmērs un sadalījums savukārt nosaka to, cik izliektas šīs galaktikas mums šķiet.
Izmērot visus šos parametrus, ir iespējams noteikt spēkugravitācija tālās galaktikās. Un tā kā gaismai no viņiem ir vajadzīgi miljoniem un miljardiem gadu, lai mūs sasniegtu, būtībā zinātnieki pēta, kā gravitācija izturējās pagātnē.
Pētnieki ziņoja, ka viņi jau ir pētījušigravitācijas spēki un formas vairāk nekā 100 miljonos galaktiku, taču visos eksperimentos novērojumi pilnībā atbilst Einšteina teorijai. Tātad tumšās enerģijas daba paliek noslēpums.
Gravitācijas lēca, tāpat kā tas, kas redzams pirmajā Džeimsa Veba attēlā, palīdz zinātniekiem izpētīt tumšo vielu un gravitāciju attālās sistēmās. Attēls: NASA, ESA, CSA, STScI
Kas tālāk?
Einšteina teorija joprojām pastāv, bet pētniekiturpināt pārbaudīt savu spēku. Jauns mēģinājums izskaidrot tumšās enerģijas būtību tiks veikts ar satelītu misijām. Eiropas Kosmosa aģentūra plāno palaist Eiklida kosmosa teleskopu 2023. gadā. Ierīces instrumenti mērīs sarkanās nobīdes galaktikām, kas atrodas dažādos attālumos no Zemes, un pētīs attiecības starp sarkano nobīdi un attālumu.
Izstrādātāji sagaida, ka Eiklīds to spēsatskaties 8 miljardus gadu atpakaļ. Ar īpaši precīzu mērījumu palīdzību viņš varēs noskaidrot, kā šajā laikmetā bija ar gravitāciju, tumšo vielu un tumšo enerģiju.
NASA plāno līdzīgu misiju:2027. gadā tā plāno Zemes orbītā palaist Nensijas Greisas romiešu kosmosa teleskopu. Pētnieki uzskata, ka viņš varēs izpētīt galaktikas, kas atrodas 11 miljardu gaismas gadu attālumā, un izpētīt agrāko Visumu.
Lasīt vairāk:
Pirmie Marsa pazemes daļas attēli pārsteidza zinātniekus
No ķermeņa līdz mutei: zinātnieki ir sapratuši, no kurienes nāk zobi
Kur uz planētas būs visbīstamākā līdz 2100. gadam: ir publicēta jauna karte
Vāks: dizains Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, izmantojot Wikimedia Commons