På 1920-tallet raste debatten blant forskere om størrelsen på universet og stjernetåkenes natur. Noen av dem
Forskeren beregnet avstanden til tåkenAndromeda og viste at den er større enn størrelsen på Melkeveien, noe som betyr at vi snakker om en egen galakse. Og i 1929 publiserte forskeren en artikkel der han, basert på observasjoner av flere kjente galakser, viste at de beveger seg bort fra jorden i forskjellige retninger. Regelen som fastslår forholdet mellom avstanden til en galakse og dens radielle hastighet kalles Hubble-loven eller Hubble-Lemaitre-loven.
Den belgiske presten og astrofysikeren Georges Lemaitre kom til de samme konklusjonene to år før Hubble, men papiret hans, publisert på fransk og i et upopulært magasin, gikk ubemerket hen.
Den moderne kosmologiske modellen er basert påprinsippet om universets utvidelse. Imidlertid gir alternative observasjonsmetoder forskjellige verdier for hastigheten. Forskere fortsetter å utvikle nye måter å endelig få slutt på dette problemet. Og etter det, bestemme nøyaktig alder, evolusjon og sammensetning av universet.
Kart over utvidelsen av universet. Bilde: NASA, WMAP Science Team
Ekspanderer universet?
Det er ikke noe eksakt svar på dette spørsmålet fordidet er umulig å gå utenfor systemet og se fra utsiden hvordan ting egentlig skjer. Men teorien om det ekspanderende universet beskriver observasjoner best.
Først avslører romutforskningrødforskyvning: det viste seg at jo lenger objekter er fra oss, jo mer stråling fra dem, skifter til den røde delen av spekteret. I sin artikkel viste Hubble forholdet mellom avstand og rødforskyvning. I tillegg fant han ut at hastigheten til gjenstander som trekker seg tilbake er proporsjonal med avstanden til dem. Disse observasjonene er best korrelert med metrisk (lineær) ekspansjon.
For det andre storskala kosmologiske observasjonermed dyp oppløsning fant de ut at selv om universet på lokale skalaer er en "klumpete" struktur (galakser danner grupper atskilt av hulrom), er det homogent på store avstander.
For det tredje bekrefter homogeniteten i rommet, forårsaket av utvidelsen av universet i alle retninger, homogeniteten i fordelingen av fjerne gammastråleutbrudd og supernovaeksplosjoner.
Og til slutt, observasjonene fra European Spaceobservatorier viser at CMB var mye varmere i tidligere tider. Den gradvise jevne avkjølingen av sporene etter Big Bang er også i samsvar med teorien om et jevnt ekspanderende univers.
Hvordan måles Hubble-konstanten?
Verdien av konstanten som setterforholdet mellom bevegelseshastigheten til galakser og avstanden til dem estimeres ved å måle rødforskyvningen til fjerne galakser og deretter bestemme avstandene til dem ved en annen metode enn Hubbles lov.
De første målingene av konstanten ble utført av Edwin selvHubble. Forskeren observerte Andromedatåken ved hjelp av 100-tommers (254 cm) teleskop ved Mount Wilson Observatory, og identifiserte individuelle klare stjerner i sammensetningen. Blant dem var Cepheider. Dette er en klasse av pulserende variabler for gule kjemper og superkjemper, som forholdet mellom pulseringsperioden og lysstyrken er godt studert for.
Ved å måle begge parametrene beregnet forskerenavstanden til disse stjernene, samt rødforskyvningen til galakser, som gjør det mulig å bestemme deres radielle hastighet. Proporsjonalitetskoeffisienten oppnådd av Hubble var omtrent 500 km/s per megaparsec (Mpc). Dette betyr at objekter som befinner seg i en avstand på omtrent 3,26 millioner lysår (1 Mpc) fra jorden, bør bevege seg bort fra oss med en hastighet på 500 km/s, 32,6 millioner lysår – 5000 km/s, og så videre.
Et bilde av Andromeda-galaksen der EdwinHubble la merke til den oppdagede variable stjernen (til venstre) og dens detaljerte Hubble-bilde (til høyre). Venstre bilde: Carnegie Observatories. Høyre bilde: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Verdien oppnådd av Hubble er betydeligskiller seg fra moderne observasjoner. Dette skyldes det faktum at forskeren ikke kjente til lovene som ble oppdaget senere som påvirker avhengigheten av perioden og lysstyrken til Cepheider, samt påvirkningen av egen hastighet til den lokale gruppen av galakser.
Moderne observasjoner gir motstridenderesultater. Målinger fra det sene univers som ligner på Hubble, men med nye data og kraftigere instrumenter (inkludert et romteleskop oppkalt etter forskeren), forutsier en kosmologisk konstant på 73 ± 1 km/s per Mpc. Og dataene som ble oppnådd i studiet av den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen fra det tidlige universet er 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Skjema for å måle en konstant ved hjelp av Hubble-teleskopet. Bilde: NASA, ESA, A. Feild (STScI) og A. Riess (STScI/JHU)
Finnes det alternativer?
I en artikkel publisert i august i tidsskriftetPhysical Review Letters, forskere ved University of Chicago foreslår å bruke gravitasjonsbølger generert når sorte hull kolliderer for å måle ekspansjonshastigheten til universet.
En effekt som ligner på rødforskyvning oppstårunder forplantningen av gravitasjonsbølger. Kollisjon av supermassive sorte hull, en kraftig begivenhet. Det forårsaker gravitasjonsbølger i rom-tid som sprer seg som krusninger på vann fra en falt stein.
Denne "krusningen" er målt på jorden av amerikanerenlaserinterferometrisk gravitasjonsbølgeobservatorium (LIGO) og det italienske observatoriet Virgo. I flere år har begge observatoriene samlet inn data om kollisjonen av mer enn 100 par sorte hull.
Signalet fra hver kollisjon inneholderinformasjon om hvor massive sorte hull var. Men på grunn av universets utvidelse er det forvrengt. Som et resultat begynner et svart hull lenger unna å virke mer massivt.
Forskere foreslår å bruke akkumulerte dataom sorte hull for å "kalibrere" enheten. For eksempel tyder nåværende bevis på at de fleste svarte hull som er oppdaget har en masse mellom 5 og 40 ganger massen til solen vår.
Forskere mener at hvis du måler massenepar med kolliderende sorte hull nærmest oss, og deretter gradvis gå videre, så er det på et stort antall eksempler mulig å fastslå hvor mye de "observerte" massene av sorte hull endres ettersom avstanden øker. Det er denne verdien som bestemmer ekspansjonshastigheten til universet.
En illustrasjon av sammenslåingen av to sorte hull. Bilde: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Project, University of Chicago
Ulempen med de fleste moderne metoderobservasjon av utvidelsen av rommet er at foreløpig kan det hende at individuelle årsaker som forvrenger det oppnådde resultatet ikke er kjent. Hubble visste ikke om alle faktorene som påvirker forholdet mellom lysstyrken og periodisiteten til pulseringer i Cepheider, så målingene hans inneholdt feil. Også moderne ideer om universet, materie og forplantningen av elektromagnetiske bølger kan være ufullstendige.
I motsetning til kosmologiske observasjoner, metodenforeslått av forskere fra Chicago, bruker bare teorien om tyngdekraften, som er mye bedre forstått. Så det var en sjanse til å sette en stopper for spørsmålet om ekspansjonshastigheten til universet.
Les mer:
Rekordkoronal masseutkast ved Betelgeuse er 400 milliarder ganger større enn solen
Megalodon spiste et dyr på størrelse med en spekkhogger om gangen
Everest fant spor av DNA som ikke skulle være der