gov-civil-vilareal.ptKuinka nopeasti maailmankaikkeus laajenee? Vastaus riippuu siitä, miten mittaat sen, ja se on ongelma
>Universumi laajenee.
Vau, rakastan edelleen sitä, että voin kirjoittaa sen muistiin. Se on niin ihana, kompakti ja yksinkertainen lausunto, mutta sillä on niin syvällisiä vaikutuksia, että voi kestää vuosikymmeniä ennen kuin ymmärrämme ne kaikki. Ja olemme tienneet sen olevan totta jo vuosisadan ajan.
Mutta se on totta. Meillä on paljon riippumattomia todisteita, jotka osoittavat sen olevan näin. Tämä tarkoittaa sitä, että maailmankaikkeus oli aiemmin pienempi, ja jos käännät kelloa taaksepäin noin 13,8 miljardia vuotta, huomaat, että kaikki kosmoksessa oli puristettu yhteen, uskomattoman kuumaan ja tiheään paikkaan. Kierrä kelloa uudelleen eteenpäin, niin saat maailmankaikkeuden ensimmäiset hetket: alkuräjähdyksen.
Erittäin tärkeä kysymys, joka herää luonnollisesti, on: Kuinka nopeasti laajeneeko maailmankaikkeus? Osoittautuu, että kauempana olevat kohteet siirtyvät pois meistä nopeammin, joten kuvaamme laajentumista parittomalla yksiköllä: nopeus etäisyyttä kohden. Tuplaa etäisyys ja nopeus, jonka kohde vetäytyy, kaksinkertaistuu.
Tällä numerolla tähtitieteessä on nimi: Hubble Constant. Edwin Hubble yritti laskea sen jo 1900 -luvun alussa, ja olemme pystyneet parantamaan sitä paljon sen jälkeen. Se on noin 70 kilometriä sekunnissa megaparsekkia kohden (megaparsekki eli Mpc on miljoona parsekia eli 3,26 miljoonaa valovuotta; vertailun vuoksi Andromedan galaksi on hieman alle 1 Mpc: n päässä meistä). Joten vapaasti laajenevassa universumissa 1 Mpc: n päässä oleva esine siirtyy poispäin sinusta nopeudella 70 km/sek. 10 Mpc etäisyydellä oleva objekti juoksee pois nopeudella 700 km/s jne.
Outoa, eikö? Mutta tässä asiat menevät Todella outo. On olemassa joukko erilaisia tapoja mitata Hubble -vakio. Yksi on tehdä se paikallisesti katsomalla lähellä olevia galakseja mittaamalla sekä niiden etäisyydet että nopeudet. Meillä on monia tapoja mitata molempia (joista kerron vähän enemmän hetken kuluttua). Kun teet niin, saat Hubble -vakion 73 km/s/Mpc.
Toinen tapa on katsoa aikaisin Universumi, hyvin kaukana olevissa asioissa. Noin 375 000 vuotta maailmankaikkeuden muodostumisen jälkeen, se oli laajentunut tarpeeksi läpinäkyväksi . Oli vielä kuuma, ja nyt, tänään, näemme, että jäänyt lämpö läpäisee koko taivaan. Kun maailmankaikkeus jatkoi laajentumistaan, lämpö jäähtyi (voit ajatella sitä myös tulipallon valona punasiirtynyt kun maailmankaikkeus laajenee poispäin meistä). Nyt näemme sen jatkuvana mikroaaltojen hehkuna kaikkialla.
Tarkastelemalla tätä hehkua erittäin huolellisesti voimme oppia paljon maailmankaikkeuden olosuhteista. Voimme myös laskea Hubble -vakion myös tällä tavalla, ja lukema, jonka saat, kun teet niin, on noin 67 km/s/Mpc.
Hmm. Odota. Nuo kaksi numeroa ovat erilaisia. Se on noloa.
Se todella on. Ja se pahenee. Kaikki paikalliset menetelmät saavat suuremman luvun, ja kaikki kaukaiset, varhaiset universumin menetelmät saavat pienemmän luvun. Aivan kuin maailmankaikkeus ei olisi samaa mieltä itsensä kanssa.
Se on kuin sillan rakentaminen kanjonin yli, joka alkaa molemmista päistä, mutta kaksi eivät tapaa keskellä. Se muistuttaa minua hieman M. C. Escherin piirustuksesta Belvedere. Siinä ei ole järkeä.
M. C. Escherin ikoninen 'Belvedere', paradoksaalinen rakennus, jossa perspektiivi vääristää mieltä. Luotto: M. C. Escher
Itse asiassa, kun nämä numerot määritettiin ensimmäisen kerran, ne eivät olleet niin kaukana, koska mittausten epävarmuus oli suuri. Hetken aikaa emme tunteneet Hubble Constantia kahden kertoimen tarkkuudella. Mutta kun mittaukset paranivat, alkoimme nähdä niiden jakautuvan.
Täällä asiat viihtyvät: Uusi projekti on yrittänyt nauhoittaa paikallista numeroa. Sen johti vanha ystävä ja ylioppilaskollega Adam Riess (joka auttoi selvittämään, että universaali laajentuminen kiihtyy - lisää että sekunnissa - ja on ansainnut joitain kunniallisia tunnustuksia sen takia). He käyttivät Hubble -avaruusteleskooppia katsoakseen hyvin erityistä tähtiä, nimeltään Cepheid -muuttuja. Nämä tähdet laajenevat ja supistuvat ajan myötä ja kirkastuvat ja himmenevät. Sata vuotta sitten havaittiin, että ajanjakso, aika, joka kuluu niiden kirkastumiseen ja himmenemiseen, oli sidottu niiden luovuttaman energian kokonaismäärään.
Se on valtava: Se tarkoittaa, että jos voit mitata niiden ajan, voit selvittää niiden kirkkauden. Ja jos sitten vain mittaat, kuinka kirkkaita ne näyttävät, löydät niiden etäisyyden ! Se on ratkaisevan tärkeää, koska näemme kefeidejä muissa galakseissa, mikä tarkoittaa, että ne antavat meille menetelmän näiden etäisyyksien määrittämiseen. Itse asiassa Hubblen tiimi käytti tätä määrittääkseen etäisyydet joihinkin lähellä oleviin galakseihin jo 1920 -luvulla.
Riessin joukkue näytti 7 Kefeidillä omassa Linnunradan galaksissamme ja mitattiin paitsi kuinka kirkkaita ne olivat, myös niiden parallaksia, niiden näennäistä sijainnin muutosta maan liikkuessa Auringon ympäri (lisätietoja, ehdotan katsomista 'Crash Course Astronomy: Etäisyydet' ?). Mittaamalla tämän muutoksen useiden vuosien aikana, he voivat saada erittäin tarkkoja etäisyyksiä tähdille.
arvosteluja upeista eläimistä ja niiden löytämisestä
Toinen etu on, että käytämme Hubblea näiden kefeidien havaitsemiseen muissa galakseissa, joten tämä asettaa kaikki havainnot tasaiselle pohjalle; on vaikeampaa saada kaikki johdonmukaisiksi, kun käytät erilaisia observatorioita.
Yksi kefeidimuuttujista, S Vulpeculae, havaittiin Hubblea käyttäen. Sen etäisyyden havaittiin olevan 10 124 valovuotta Maasta. Muita merkittyjä tähtiä käytettiin etäisyysmittausten kalibrointiin. Luotto: Riess et ai.
Joten tämä uusi työ on voinut kiristää etäisyysmittauksia näihin Linnunradan kefeideihin, jotka ovat noin 5500-12 000 valovuoden päässä. Käyttämällä näitä parempia mittauksia käynnistämään sitten etäisyyden galaktisiin kefeideihin, Riessin tiimi havaitsee, että Hubble Constantin paikallinen arvo on 73,48 ± 1,66 km/s/Mpc, mikä on noin 4% muutos vanhasta arvosta.
Mutta vielä tärkeämpää on, että ne laskivat epävarmuus tässä arvossa, mikä tarkoittaa, että mielestämme tämä arvo on tarkempi. Tämä puolestaan tarkoittaa, että alempi arvo, joka löydettiin käyttämällä varhaisia maailmankaikkeuden mittauksia, todella On eri. Ei ole vain, että mittauksemme ovat epävakaita; maailmankaikkeus todella kertoo meille, että asiat olivat toisin silloin. Todennäköisyys, että tämä johtuu sattumasta tai jostakin epätodellisesta, on noin yksi 4600: sta. Otan sen vedon. Tämä on todellista.
Mitä tämä kaikki tarkoittaa? Lyhyesti sanottuna se tarkoittaa, että maailmankaikkeus näyttää laajenevan nyt nopeammin kuin aiemmin. Ollakseni selvä, tiesimme tämän jo : Tähtitieteilijät havaitsivat, että Universal -laajennus kiihtyi jo vuonna 1998 (Riess oli yksi kahdesta riippumattomasta tiimistä, jotka löysivät tämän). Mutta nämä uudet tulokset näyttävät osoittavan, että kiihtyvyys on jopa suurempi kuin luulimme.
Tämä on Hubble Ultra Deep Field, ja melkein kaikki mitä näet siinä, on kaukainen galaksi, miljardien valovuosien päässä. Luotto: NASA, ESA, H.Teplitz ja M.Rafelski (IPAC/Caltech), A.Koekemoer (STScI), R.
Joten mitä tekee että tarkoittaa? Tämä on hyvä kysymys, johon on liian monta mahdollista vastausta. On mahdollista, että pimeä energia, kiihtyvyyden takana oleva outo kokonaisuus, voi olla odotettua vahvempi. Ehkä se kasvaa ajan myötä; se on ajatus, jota on pyöritelty jonkin aikaa. Asia on, emme vain tiedä, mitä ihmettä pimeä energia On , mistä se on tehty tai miten se käyttäytyy. Nämä uudet havainnot voivat auttaa.
Mutta se voi silti olla jotain muuta. Pimeä aine Tämä vaikuttaa myös tähän: jokin aine, joka mielestämme ei pelaa hyvin normaalilla aineella ja valolla, joten on mahdotonta nähdä suoraan. Se ylittää normaalin aineen kertoimella 5 maailmankaikkeudessa, ja me tiedämme, että se on siellä. Mutta jos se käyttäytyy jollain epätavallisella tavalla, kuten ehkä vuorovaikutuksessa normaalin aineen kanssa vain vähän, se voi muuttaa maailmankaikkeuden kehittymistä ajan mittaan.
Tässä juttu: Emme tiedä . Tämä kaikki on melko uutta ja vie laitteemme ja teoriamme äärimmilleen. Siksi tämä on edelleen naulattuna. Muista, että olemme vain tienneet, että on olemassa muita galakseja noin sadan vuoden ajan ja että laajentuminen on kiihtynyt viimeisen 20 vuoden aikana. Olemme vasta alkamassa selvittää tätä.
Mutta suosikkini kaikessa tässä on se, että me tahtoa selvitä se. Sitä ihmiset tekevät; sitä tiede tekee. Maailmankaikkeus on melko hämmentävä paikka, eikä aivomme ole todella kehittynyt mukavaksi pohtimaan sitä. Mutta siksi meillä on tiede, joka auttaa meitä ymmärtämään. Yhdistä se matematiikalla, tekniikalla ja pysäyttämättömällä, kyltymättömällä uteliaisuudellamme ja jopa itse kosmos antaa salaisuutensa meille.
Universumi laajenee nopeammin joka päivä, mutta niin on myös kykymme grokata sitä. Otamme kiinni.
