In de jaren twintig woedde er onder wetenschappers een debat over de grootte van het heelal en de aard van nevels. Sommigen van hen
De wetenschapper berekende de afstand tot de nevelAndromeda en toonde aan dat het groter is dan de Melkweg, wat betekent dat we het hebben over een apart sterrenstelsel. En in 1929 publiceerde de wetenschapper een paper waarin hij, op basis van waarnemingen van verschillende bekende sterrenstelsels, aantoonde dat ze zich in verschillende richtingen van de aarde verwijderen. De regel die de relatie tussen de afstand tot een melkwegstelsel en zijn radiale snelheid vaststelt, wordt de wet van Hubble of de wet van Hubble-Lemaitre genoemd.
De Belgische priester en astrofysicus Georges Lemaitre kwam twee jaar voor Hubble tot dezelfde conclusies, maar zijn paper, gepubliceerd in het Frans en in een onpopulair tijdschrift, bleef onopgemerkt.
Het moderne kosmologische model is gebaseerd op:principe van de uitdijing van het heelal. Alternatieve observatiemethoden geven echter verschillende waarden voor de snelheid. Wetenschappers blijven nieuwe manieren ontwikkelen om eindelijk een einde te maken aan dit probleem. En bepaal daarna nauwkeurig de leeftijd, evolutie en samenstelling van het universum.
Kaart van de uitdijing van het heelal. Afbeelding: NASA, WMAP Wetenschapsteam
Breidt het heelal uit?
Er is geen exact antwoord op deze vraag omdat:het is onmogelijk om buiten het systeem te gaan en van buitenaf te zien hoe de dingen echt gebeuren. Maar de theorie van het uitdijende heelal beschrijft waarnemingen het beste.
Ten eerste onthult ruimteverkenningroodverschuiving: het bleek dat hoe verder objecten van ons verwijderd zijn, hoe meer straling van hen, verschuift naar het rode deel van het spectrum. In zijn paper toonde Hubble de relatie tussen afstand en roodverschuiving. Bovendien ontdekte hij dat de snelheid van terugwijkende objecten evenredig is met de afstand tot hen. Deze waarnemingen zijn het best gecorreleerd met metrische (lineaire) expansie.
Ten tweede grootschalige kosmologische waarnemingenmet diepe resolutie ontdekten ze dat, hoewel het heelal op lokale schaal een ‘klonterige’ structuur heeft (sterrenstelsels vormen groepen gescheiden door lege ruimten), het op grote afstanden homogeen is.
Ten derde bevestigt de homogeniteit van de ruimte, veroorzaakt door de uitdijing van het heelal in alle richtingen, de homogeniteit van de verdeling van verre gammaflitsen en supernova-explosies.
En tot slot, de waarnemingen van de Europese ruimteobservatoria laten zien dat de CMB vroeger veel warmer was. De geleidelijke uniforme afkoeling van de sporen van de oerknal is ook in overeenstemming met de theorie van een uniform uitdijend heelal.
Hoe wordt de Hubble-constante gemeten?
De waarde van de constante die wordt ingesteldde relatie tussen de bewegingssnelheid van sterrenstelsels en de afstand tot hen wordt geschat door de roodverschuiving van verre sterrenstelsels te meten en vervolgens de afstanden tot hen te bepalen met een andere methode dan de wet van Hubble.
De eerste metingen van de constante werden door Edwin zelf uitgevoerdHubble. Bij het observeren van de Andromedanevel met behulp van de 100-inch (254 cm) telescoop van het Mount Wilson Observatorium, identificeerde de wetenschapper individuele heldere sterren in zijn samenstelling. Onder hen waren Cepheïden. Dit is een klasse van pulserende variabelen van gele reuzen en superreuzen, waarvoor de relatie tussen de pulsatieperiode en de helderheid goed is bestudeerd.
Door beide parameters te meten, berekende de wetenschapperde afstand tot deze sterren, evenals de roodverschuiving van sterrenstelsels, waardoor het mogelijk is om hun radiale snelheid te bepalen. De door Hubble verkregen evenredigheidscoëfficiënt was ongeveer 500 km/s per megaparsec (Mpc). Dit betekent dat objecten die zich op een afstand van ongeveer 3,26 miljoen lichtjaar (1 Mpc) van de aarde bevinden, van ons af zouden moeten bewegen met een snelheid van 500 km / s, 32,6 miljoen lichtjaar - 5.000 km / s, enzovoort.
Een afbeelding van het Andromeda-sterrenstelsel waarin EdwinHubble merkte de ontdekte veranderlijke ster (links) en zijn gedetailleerde Hubble-afbeelding (rechts) op. Linker afbeelding: Carnegie Observatoria. Afbeelding rechts: NASA, ESA, het Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
De door Hubble verkregen waarde is aanzienlijkverschilt van moderne waarnemingen. Dit komt door het feit dat de wetenschapper niet op de hoogte was van de later ontdekte wetten die de afhankelijkheid van de periode en helderheid van Cepheïden beïnvloeden, evenals de invloed van de eigen snelheid van de lokale groep sterrenstelsels.
Moderne waarnemingen geven tegenstrijdigeresultaten. Metingen in het late universum vergelijkbaar met die van Hubble, maar met nieuwere gegevens en krachtigere instrumenten (waaronder een ruimtetelescoop genoemd naar de wetenschapper), voorspellen een kosmologische constante van 73 ± 1 km/s per Mpc. En de gegevens die zijn verkregen in de studie van de kosmische microgolfachtergrondstraling van het vroege heelal is 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Schema voor het meten van een constante met behulp van de Hubble-telescoop. Afbeelding: NASA, ESA, A. Feild (STScI) en A. Riess (STScI/JHU)
Zijn er alternatieven?
In een paper gepubliceerd in augustus in het tijdschriftPhysical Review Letters, stellen wetenschappers van de Universiteit van Chicago voor om zwaartekrachtgolven te gebruiken die worden gegenereerd wanneer zwarte gaten botsen om de uitdijingssnelheid van het universum te meten.
Er treedt een effect op dat vergelijkbaar is met roodverschuivingtijdens de voortplanting van zwaartekrachtgolven. Botsing van superzware zwarte gaten, een krachtige gebeurtenis. Het veroorzaakt zwaartekrachtsgolven in de ruimte-tijd die zich als rimpelingen op het water van een gevallen steen verspreiden.
Deze "rimpeling" wordt op aarde gemeten door de Amerikaanselaser interferometrische zwaartekrachtsgolf observatorium (LIGO) en het Italiaanse observatorium Virgo. Sinds enkele jaren verzamelen beide observatoria gegevens over de botsing van meer dan 100 paar zwarte gaten.
Het signaal van elke botsing bevat:informatie over hoe massief zwarte gaten waren. Maar door de uitdijing van het heelal is het vervormd. Als gevolg hiervan begint een verder weg gelegen zwart gat massiever te lijken.
Wetenschappers stellen voor om verzamelde gegevens te gebruikenover zwarte gaten om het apparaat te ‘kalibreren’. Uit huidig bewijsmateriaal blijkt bijvoorbeeld dat de meeste ontdekte zwarte gaten een massa hebben die tussen de 5 en 40 maal de massa van onze zon ligt.
Onderzoekers geloven dat als je de massa meetparen botsende zwarte gaten die het dichtst bij ons staan, en dan geleidelijk verder gaan, dan is het aan de hand van een groot aantal voorbeelden mogelijk om vast te stellen hoeveel de "waargenomen" massa's van zwarte gaten veranderen naarmate de afstand groter wordt. Het is deze waarde die de uitdijingssnelheid van het heelal zal bepalen.
Een illustratie van de fusie van twee zwarte gaten. Afbeelding: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Project, University of Chicago
Het nadeel van de meeste moderne methodenobservatie van de uitdijing van de ruimte is dat individuele oorzaken die het verkregen resultaat verstoren mogelijk nog niet bekend zijn. Hubble was niet op de hoogte van alle factoren die de relatie tussen helderheid en pulsatieperiodiciteit in Cepheïden beïnvloeden, dus zijn metingen bevatten fouten. Ook kunnen moderne ideeën over het heelal, materie en de voortplanting van elektromagnetische golven onvolledig zijn.
In tegenstelling tot kosmologische waarnemingen, is de methodevoorgesteld door wetenschappers uit Chicago, gebruikt alleen de theorie van de zwaartekracht, die veel beter wordt begrepen. Er was dus een kans om een einde te maken aan de kwestie van de uitdijingssnelheid van het heelal.
Lees verder:
Record coronale massa-ejectie bij Betelgeuze is 400 miljard keer groter dan de zon
Megalodon at tegelijk een dier ter grootte van een orka
Everest vond sporen van DNA die er niet zouden moeten zijn