В 1920-е годы споры о размерах Вселенной и природе туманностей бушевали среди ученых. Некоторые из них
Zinātnieks aprēķināja attālumu līdz miglājamAndromeda un parādīja, ka tas ir lielāks par Piena ceļa izmēru, kas nozīmē, ka mēs runājam par atsevišķu galaktiku. Un 1929. gadā zinātnieks publicēja rakstu, kurā, pamatojoties uz vairāku zināmu galaktiku novērojumiem, viņš parādīja, ka tās attālinās no Zemes dažādos virzienos. Noteikumu, kas nosaka attiecības starp attālumu līdz galaktikai un tās radiālo ātrumu, sauc par Habla likumu vai Habla-Lemaitra likumu.
Beļģu priesteris un astrofiziķis Žoržs Lemaitre nonāca pie tādiem pašiem secinājumiem divus gadus pirms Habla, taču viņa raksts, kas publicēts franču valodā un nepopulārā žurnālā, palika nepamanīts.
Mūsdienu kosmoloģiskais modelis ir balstīts uzVisuma izplešanās princips. Tomēr alternatīvas novērošanas metodes dod dažādas vērtības tā ātrumam. Zinātnieki turpina izstrādāt jaunus veidus, kā beidzot izbeigt šo problēmu. Un pēc tam precīzi nosakiet Visuma vecumu, evolūciju un sastāvu.
Visuma paplašināšanās karte. Attēls: NASA, WMAP zinātnes komanda
Vai Visums paplašinās?
Uz šo jautājumu nav precīzas atbildes, jonav iespējams iziet ārpus sistēmas un no malas redzēt, kā lietas patiesībā notiek. Bet visuma paplašināšanās teorija vislabāk apraksta novērojumus.
Pirmkārt, kosmosa izpēte atklājsarkanā nobīde: izrādījās, ka jo tālāk objekti atrodas no mums, jo vairāk starojuma no tiem tiek novirzīts uz spektra sarkano daļu. Savā dokumentā Habls parādīja attiecības starp attālumu un sarkano nobīdi. Turklāt viņš atklāja, ka attālināto objektu ātrums ir proporcionāls attālumam līdz tiem. Šie novērojumi vislabāk korelē ar metrisko (lineāro) izplešanos.
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.
Treškārt, kosmosa viendabīgums, ko izraisa Visuma izplešanās visos virzienos, apstiprina attālo gamma staru uzliesmojumu un supernovas sprādzienu sadalījuma viendabīgumu.
Un visbeidzot Eiropas telpas novērojumiobservatorijas liecina, ka agrākos laikos CMB bijis daudz siltāks. Lielā sprādziena pēdu pakāpeniska vienmērīga dzesēšana atbilst arī teorijai par vienmērīgi izplešanos.
Kā mēra Habla konstanti?
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.
Izmērot abus parametrus, zinātnieks aprēķinājaattālums līdz šīm zvaigznēm, kā arī galaktiku sarkanā nobīde, kas ļauj noteikt to radiālo ātrumu. Habla iegūtais proporcionalitātes koeficients bija aptuveni 500 km/s uz megaparseku (Mpc). Tas nozīmē, ka objektiem, kas atrodas aptuveni 3,26 miljonu gaismas gadu (1 Mpc) attālumā no Zemes, vajadzētu attālināties no mums ar ātrumu 500 km/s, 32,6 miljonu gaismas gadu – 5000 km/s utt.
Andromedas galaktikas attēls, kurā EdvīnsHabls atzīmēja atklāto mainīgo zvaigzni (pa kreisi) un tās detalizēto Habla attēlu (pa labi). Kreisais attēls: Carnegie Observatories. Labais attēls: NASA, ESA, Habla mantojuma komanda (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.
Mūsdienu novērojumi sniedz pretrunīgusrezultātus. Vēlīnā Visuma mērījumi, kas ir līdzīgi Habla veiktajiem mērījumiem, bet ar jaunākiem datiem un jaudīgākiem instrumentiem (tostarp zinātnieka vārdā nosaukto kosmosa teleskopu), paredz kosmoloģisko konstanti 73 ± 1 km/s uz Mpc. Un dati, kas iegūti agrīnā Visuma kosmiskā mikroviļņu fona starojuma izpētē, ir 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Схема измерения постоянной при помощи телескопа «Хаббл». Изображение: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)
Vai ir alternatīvas?
Rakstā, kas publicēts augustā žurnālāPhysical Review Letters, Čikāgas universitātes zinātnieki ierosina izmantot gravitācijas viļņus, kas rodas melnajiem caurumiem saduroties, lai izmērītu Visuma izplešanās ātrumu.
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.
Šo "viļņošanos" uz Zemes mēra amerikānislāzera interferometriskā gravitācijas viļņu observatorija (LIGO) un Itālijas observatorija Virgo. Jau vairākus gadus abas observatorijas ir apkopojušas datus par vairāk nekā 100 melno caurumu pāru sadursmi.
Katras sadursmes signāls saturinformācija par to, cik masīvi bija melnie caurumi. Taču Visuma paplašināšanās dēļ tas ir izkropļots. Tā rezultātā melnais caurums, kas atrodas tālāk, sāk izskatīties masīvāks.
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.
Pētnieki uzskata, ka, ja mēra masasmums vistuvāk saduras melno caurumu pāri, un tad pamazām virzās tālāk, tad uz liela skaita piemēru var konstatēt, cik lielā mērā mainās “novērotās” melno caurumu masas, attālumam palielinoties. Tieši šī vērtība noteiks Visuma izplešanās ātrumu.
Divu melno caurumu saplūšanas ilustrācija. Attēls: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) projekts, Čikāgas Universitāte
Mūsdienu metožu trūkumstelpas paplašināšanās novērojums ir tāds, ka atsevišķi cēloņi, kas izkropļo iegūto rezultātu, var vēl nebūt zināmi. Habls nezināja par visiem faktoriem, kas ietekmē saistību starp spilgtumu un pulsācijas periodiskumu cefeidās, tāpēc viņa mērījumos bija kļūdas. Arī mūsdienu priekšstati par Visumu, matēriju un elektromagnētisko viļņu izplatību var būt nepilnīgi.
Atšķirībā no kosmoloģiskajiem novērojumiem, metodeierosināja zinātnieki no Čikāgas, izmanto tikai gravitācijas teoriju, kas ir daudz labāk saprotama. Tātad bija iespēja pielikt punktu jautājumam par Visuma izplešanās ātrumu.
Lasīt vairāk:
Rekordiskā koronālās masas izmešana Betelgeuse ir 400 miljardus reižu lielāka nekā Saule
Megalodons vienā reizē ēda dzīvnieku zobenvaļa lielumā
Everests atrada DNS pēdas, kurām tur nevajadzētu būt