V 20. rokoch 20. storočia medzi vedcami zúrila diskusia o veľkosti vesmíru a povahe hmlovín. Niektorí z nich
Vedec vypočítal vzdialenosť k hmlovineAndromeda a ukázali, že je väčšia ako veľkosť Mliečnej dráhy, čo znamená, že hovoríme o samostatnej galaxii. A v roku 1929 vedec publikoval prácu, v ktorej na základe pozorovaní niekoľkých známych galaxií ukázal, že sa vzďaľujú od Zeme rôznymi smermi. Pravidlo, ktoré stanovuje vzťah medzi vzdialenosťou ku galaxii a jej radiálnou rýchlosťou, sa nazýva Hubbleov zákon alebo Hubbleov-Lemaitrov zákon.
Belgický kňaz a astrofyzik Georges Lemaitre prišiel k rovnakým záverom dva roky pred Hubbleom, ale jeho práca, publikovaná vo francúzštine a v nepopulárnom časopise, zostala nepovšimnutá.
Moderný kozmologický model je založený naprincíp rozpínania vesmíru. Alternatívne metódy pozorovania však dávajú rôzne hodnoty pre jeho rýchlosť. Vedci pokračujú vo vývoji nových spôsobov, ako tento problém konečne ukončiť. A potom presne určiť vek, vývoj a zloženie vesmíru.
Mapa rozpínania vesmíru. Obrázok: NASA, vedecký tím WMAP
Rozpína sa vesmír?
Na túto otázku neexistuje presná odpoveď, pretožeje nemožné ísť mimo systému a vidieť zvonku, ako sa veci skutočne dejú. Ale pozorovania najlepšie popisuje teória rozpínajúceho sa vesmíru.
Po prvé, prieskum vesmíru odhaľuječervený posun: ukázalo sa, že čím sú objekty od nás ďalej, tým viac žiarenia z nich sa posúva do červenej časti spektra. Hubble vo svojom článku ukázal vzťah medzi vzdialenosťou a červeným posunom. Navyše zistil, že rýchlosť vzďaľujúcich sa objektov je úmerná ich vzdialenosti. Tieto pozorovania najlepšie korelujú s metrickou (lineárnou) expanziou.
Po druhé, kozmologické pozorovania vo veľkom meradles hlbokým rozlíšením zistili, že hoci na lokálnom meradle je vesmír „hrudkovanou“ štruktúrou (galaxie tvoria skupiny oddelené dutinami), na veľké vzdialenosti je homogénny.
Po tretie, homogenita priestoru spôsobená expanziou vesmíru vo všetkých smeroch potvrdzuje homogenitu distribúcie vzdialených gama zábleskov a výbuchov supernov.
A nakoniec pozorovania európskeho priestoruobservatóriá ukazujú, že CMB bolo v skorších dobách oveľa teplejšie. Postupné rovnomerné ochladzovanie stôp po veľkom tresku je tiež v súlade s teóriou rovnomerne sa rozpínajúceho vesmíru.
Ako sa meria Hubbleova konštanta?
Hodnota konštanty, ktorá sa nastavujevzťah medzi rýchlosťou pohybu galaxií a vzdialenosťou k nim sa odhaduje meraním červeného posunu vzdialených galaxií a následným určením vzdialeností k nim inou metódou, ako je Hubbleov zákon.
Prvé merania konštanty vykonal sám EdwinHubbleov teleskop. Vedec pri pozorovaní hmloviny Andromeda pomocou 100-palcového (254 cm) ďalekohľadu na observatóriu Mount Wilson identifikoval jednotlivé jasné hviezdy v jej zložení. Medzi nimi boli cefeidy. Ide o triedu pulzujúcich premenných žltých obrov a supergiantov, u ktorých je dobre preštudovaný vzťah medzi periódou pulzovania a svietivosťou.
Meraním oboch parametrov vedec vypočítalvzdialenosť k týmto hviezdam, ako aj červený posun galaxií, ktorý umožňuje určiť ich radiálnu rýchlosť. Koeficient proporcionality získaný Hubbleom bol približne 500 km/s na megaparsek (Mpc). To znamená, že objekty nachádzajúce sa vo vzdialenosti asi 3,26 milióna svetelných rokov (1 Mpc) od Zeme by sa od nás mali vzďaľovať rýchlosťou 500 km/s, 32,6 milióna svetelných rokov – 5 000 km/s atď.
Obraz galaxie Andromeda, v ktorej EdwinHubbleov teleskop si všimol objavenú premennú hviezdu (vľavo) a jej podrobnú snímku z HST (vpravo). Ľavý obrázok: Carnegie Observatories. Pravý obrázok: NASA, ESA, tím Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Hodnota získaná Hubbleom je významnása líši od moderných pozorovaní. Je to spôsobené tým, že vedec nepoznal neskôr objavené zákony ovplyvňujúce závislosť periódy a svietivosti cefeíd, ako aj vplyv vlastnej rýchlosti miestnej skupiny galaxií.
Moderné pozorovania dávajú protichodnévýsledky. Merania neskorého vesmíru podobné tým, ktoré vykonal Hubble, ale s novými údajmi a výkonnejšími prístrojmi (vrátane vesmírneho teleskopu pomenovaného po vedcovi), predpovedajú kozmologickú konštantu 73 ± 1 km/s na Mpc. A údaje získané pri štúdiu kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia raného vesmíru sú 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Schéma merania konštanty pomocou Hubbleovho teleskopu. Obrázok: NASA, ESA, A. Feild (STScI) a A. Riess (STScI/JHU)
Existujú alternatívy?
V článku uverejnenom v auguste v časopisePhysical Review Letters, vedci z University of Chicago navrhujú použiť gravitačné vlny generované pri zrážke čiernych dier na meranie rýchlosti expanzie vesmíru.
Dochádza k efektu podobnému červenému posunupri šírení gravitačných vĺn. Zrážka supermasívnych čiernych dier, silná udalosť. Spôsobuje gravitačné vlny v časopriestore, ktoré sa šíria ako vlnky na vode z padnutého kameňa.
Toto „vlnenie“ meria na Zemi Američanlaserové interferometrické observatórium gravitačných vĺn (LIGO) a talianske observatórium Virgo. Obe observatóriá už niekoľko rokov zbierajú údaje o zrážke viac ako 100 párov čiernych dier.
Signál z každej kolízie obsahujeinformácie o tom, aké masívne boli čierne diery. Ale kvôli rozpínaniu vesmíru je skreslený. Výsledkom je, že vzdialenejšia čierna diera sa začína javiť ako masívnejšia.
Vedci navrhujú použiť nazhromaždené údajeo čiernych dierach s cieľom „kalibrovať“ zariadenie. Súčasné dôkazy napríklad naznačujú, že väčšina objavených čiernych dier má hmotnosť 5 až 40-násobok hmotnosti nášho Slnka.
Výskumníci sa domnievajú, že ak zmeriate hmotnostipárov zrážajúcich sa čiernych dier najbližšie k nám a potom sa postupne posúvame ďalej, potom je možné na veľkom počte príkladov zistiť, ako veľmi sa „pozorované“ hmotnosti čiernych dier menia so zväčšujúcou sa vzdialenosťou. Práve táto hodnota bude určovať rýchlosť rozpínania vesmíru.
Ilustrácia spojenia dvoch čiernych dier. Obrázok: Projekt Simulating eXtreme Spacetimes (SXS), University of Chicago
Nevýhoda väčšiny moderných metódpozorovania rozpínania priestoru je, že zatiaľ nemusia byť známe jednotlivé príčiny, ktoré skresľujú získaný výsledok. Hubble nevedel o všetkých faktoroch, ktoré ovplyvňujú vzťah medzi svietivosťou a periodicitou pulzácií v cefeidách, takže jeho merania obsahovali chyby. Tiež moderné predstavy o vesmíre, hmote a šírení elektromagnetických vĺn môžu byť neúplné.
Na rozdiel od kozmologických pozorovaní metódanavrhli vedci z Chicaga, používa iba teóriu gravitácie, ktorá je oveľa lepšie pochopená. Bola tu teda šanca ukončiť problém rýchlosti rozpínania vesmíru.
Čítaj viac:
Rekordný výron koronálnej hmoty v Betelgeuse je 400 miliárd krát väčší ako Slnko
Megalodon zožral naraz zviera veľkosti kosatky
Everest našiel stopy DNA, ktoré by tam nemali byť