gov-civil-vilareal.ptКолико брзо се Универзум шири? Одговор зависи од тога како га мерите и то је проблем
>Универзум се шири.
Вау, и даље волим што то могу записати. То је тако дивна, компактна, једноставна изјава, али има импликације тако дубоке да ће можда проћи деценије пре него што их све разумемо. И знамо да је то истина већ читав век.
Али то је истина. Имамо много независних доказа који то показују. То значи да је Универзум у прошлости био мањи, а ако померите сат уназад за око 13,8 милијарди година, открићете да је све у космосу стиснуто у једну, невероватно врућу и густу тачку. Поново покрените сат унапред и добићете почетне тренутке Универзума: Велики прасак.
Изузетно важно питање које се природно намеће је: Како брзо да ли се Универзум шири? Испоставило се да се удаљенији објекти брже одмичу од нас, па за опис ширења користимо непарну јединицу: брзину по удаљености. Двострука удаљеност и брзина удаљавања објекта такође се удвостручује.
Овај број у астрономији има име: Хубблеова константа. Едвин Хуббле је то покушао израчунати још у раном 20. веку и од тада смо успели много да га усавршимо. То је око 70 километара у секунди по мегапарсеку (мегапарсек или Мпц је милион парсека или 3,26 милиона светлосних година; за поређење, галаксија Андромеда је удаљена нешто мање од 1 Мпц од нас). Дакле, у свемиру који се слободно шири, објекат удаљен 1 Мпц ће се одмакнути од вас брзином од 70 км/сек. Објекат удаљен 10 Мпц ће бежати брзином од 700 км/с итд.
хоће ли се икада вратити
Чудно, зар не? Али ево где ствари стижу заиста чудан. Постоји гомила различитих начина за мерење Хуббле -ове константе. Један је да се то уради локално, посматрајући оближње галаксије, мерећи и њихове удаљености и њихове брзине. Имамо много начина да измеримо обоје (на шта ћу се мало касније позабавити). Када то учините, добијате Хуббле константу од 73 км/сек/Мпц.
Други начин је да погледате рано Универзум, у стварима које су јако удаљене. Отприлике 375.000 година након формирања универзума, довољно се проширила да постане транспарентна . Још је било вруће, а сада, данас, видимо да преостала топлота прожима цело небо. Како је Универзум настављао да се шири, та топлота се хладила (можете то замислити и као светлост из те ватрене кугле црвено померено док се Универзум шири од нас). Сада га видимо као континуирани сјај микроталасне пећнице где год погледамо.
Пажљиво проучавајући тај сјај, можемо сазнати много о тадашњим условима Универзума. Такође можемо на тај начин израчунати Хуббле константу, а број који добијете када то учините је око 67 км/с/Мпц.
Ум. Чекати. Та два броја су различита. То је непријатно.
Заиста јесте. И постаје још горе. Све локалне методе добијају већи број, а све удаљене, ране Универзуме добијају мањи број. Као да се Универзум не слаже сам са собом.
То је као изградња моста преко кањона, који почиње са оба краја, само да се њих двоје не сретну у средини. Мало ме подсећа на цртеж М. Ц. Есцхера 'Белведере'. Нема смисла.
Икона 'Белведере' М. Ц. Есцхера, парадоксална зграда у којој је перспектива потпуно искривљена. Кредит: М. Ц. Есцхер
У ствари, када су ови бројеви први пут утврђени нису били толико далеко, јер је неизвесност у мерењима била велика. Неко време нисмо познавали Хуббле -ову константу са фактором два. Али како су мерења постајала све боља, почели смо да их видимо како се раздвајају.
Ево где се ствари забављају: Нови пројекат је покушавао да пронађе локални број. Предводио га је стари пријатељ и колега студент Адам Риесс (који је имао кључну улогу у откривању да се универзално ширење убрзава - више о то за секунду, такође - и зарадио нека пристојна признања због тога). Користили су свемирски телескоп Хуббле да погледају врло специфичну врсту звезде, која се зове Цефеидна променљива. Ове звезде се временом шире и скупљају и постају све светлије и тамније. Пре једног века откривено је да је период, време потребно да се разведре и затамне, повезано са укупном количином енергије коју испуштају.
То је огромно: то значи да ако можете измерити њихов период, можете сазнати њихову светлост. А онда, ако само измерите колико сјајно изгледају, можете пронаћи њихову удаљеност ! То је кључно, јер видимо цефеиде у другим галаксијама, што значи да нам дају методу за одређивање удаљености до ових галаксија. У ствари, Хаблов тим је то искористио за одређивање удаљености до неких оближњих галаксија још 1920 -их.
Риесс -ов тим је погледао на 7 Цефеида у нашој галаксији Млечни пут и мерили смо не само колико су светли, већ и њихову паралаксу, њихову очигледну промену положаја док се Земља креће око Сунца (за детаље, могу ли предложити да гледате „Астрономија курса судара: удаљености“ ?). Мерећи ову промену током неколико година, они могу добити врло тачне удаљености за ове звезде.
Још једна предност је што користимо Хуббле да посматрамо ове Цефеиде у другим галаксијама, па ово ставља сва запажања на равноправне основе; теже је постићи све доследно када користите различите опсерваторије.
огњена крила пророчанство змаја
Једна од варијабли Цефеида, С Вулпецулае, посматрана помоћу Хуббле -а. Утврђено је да је његова удаљеност 10.124 светлосних година од Земље. За калибрацију мерења удаљености коришћене су друге обележене звезде. Кредит: Риесс ет ал.
Тако је овај нови рад успео да пооштри мерење удаљености до ових Цефеида Млечног Пута, које се налазе на удаљености од отприлике 5.500 до 12.000 светлосних година. Користећи ова боља мерења да би затим повећали удаљеност до екстрагалактичких Цефеида, Риесс -ов тим открива да је локална вредност Хуббле -ове константе 73,48 ± 1,66 км/сец/Мпц, што је промена од око 4% у односу на стару вредност.
Али још важније, заиста, је то што су снизили неизвесност у тој вредности, што значи да мислимо да је та вредност тачнија. То заузврат значи да је нижа вредност пронађена коришћењем раних мерења Универзума заиста је различит. Не ради се само о томе да су нам мерења климава; Универзум нам заиста говори да су тада ствари биле другачије. Шансе да је то због случајности или нечег стварног су око 1 на 4.600. Ја ћу узети ту опкладу. Ово је стварно.
живе док су били млади у једном правцу
Шта све ово значи? Па, укратко, то значи да се чини да се Универзум сада шири брже него у прошлости. Да се разумемо, ово смо већ знали : Астрономи су открили да се универзално ширење убрзавало још 1998. (Риесс је био у једном од два независна тима који су то пронашли). Али изгледа да ови нови резултати указују да је убрзање чак и веће него што смо мислили.
Ово је Хуббле Ултра Дееп Фиелд и скоро све што видите у њему је удаљена галаксија, удаљена милијардама светлосних година. Кредит: НАСА, ЕСА, Х. Теплитз и М. Рафелски (ИПАЦ/Цалтецх), А. Коекемоер (СТСцИ), Р. Виндхорст (Државни универзитет у Аризони) и З. Леваи (СТСцИ)
Па шта ради то значити? То је добро питање за које постоји превише могућих одговора. Могуће је да тамна енергија, чудан ентитет иза убрзања, може бити јача него што се очекивало. Можда временом расте; то је идеја која се већ неко време баца. Ствар је у томе што ми једноставно не знамо која је то врашка тамна енергија је , од чега је сачињен или како се понаша. Ова нова запажања би могла да помогну.
Али можда је ипак нешто друго. Тамна материја такође се уклапа у ово: Неки облик материје за који мислимо да се не игра добро са нормалном материјом и светлошћу, па је немогуће видети директно. Она надмашује нормалну материју за фактор 5 у Универзуму, а ми знамо да је тамо. Али, ако се понаша на неки необичан начин, као што је можда само интеракција са нормалном материјом, то би могло променити начин на који се сам Универзум развија током времена.
Ево ствари: Не знамо . Све је ово прилично ново и потискује нашу опрему и наше теорије до крајњих граница. Зато се ово још увек закуцава. Упамтите, знали смо да постоје друге галаксије тек стотинак година и да се експанзија убрзава у последњих 20 година. Тек почињемо да то схватамо.
Али мој омиљени део свега овога је што смо ми ће сконтати. То људи раде; то наука ради. Универзум је прилично збуњујуће место и наш мозак није тако развијен да би му било угодно размишљати. Али то је заправо разлог зашто имамо науку која нам помаже да разумемо. Упарите то са математиком, инжењерингом и нашом незаустављивом, незаситном радозналошћу, па чак и сам космос ће нам открити своје тајне.
Универзум се сваким даном све брже шири, али и наша способност да га искористимо. Стићи ћемо.
