Hur universums största mysterium har forskat forskare från hela världen.
Kosmologer står inför ett allvarligt vetenskapligt problem, vilket indikerar bristande mänsklig kunskap om universum. Komplexiteten berör en så till synes trivial sak som universums expansionsgrad. Faktum är att olika metoder indikerar olika betydelser - och hittills kan ingen förklara den konstiga skillnaden.
Kosmiskt mysterium
För närvarande beskriver den standardkosmologiska modellen "Lambda-CDM" (ΛCDM) mest exakt universums utveckling och struktur. Enligt denna modell har universum en icke-noll positiv kosmologisk konstant (lambda-term) som orsakar accelererad expansion. Dessutom förklarar ΛCDM den observerade strukturen hos CMB (kosmisk mikrovågsbakgrund), fördelningen av galaxer i universum, överflödet av väte och andra ljusatomer och själva hastigheten för vakuumutvidgning. En allvarlig skillnad i expansionsgraden kan emellertid indikera behovet av en radikal förändring av modellen.
Den teoretiska fysikern Vivian Poulin från det franska nationella centret för vetenskaplig forskning och laboratoriet för universum och partiklar i Montpellier hävdar att detta betyder följande: något viktigt har hänt i det unga universum som vi ännu inte vet om. Kanske var detta ett fenomen förknippat med en okänd typ av mörk energi eller en ny typ av subatomära partiklar. Om modellen tar hänsyn till det, försvinner avvikelsen.
På gränsen till en kris
Kampanjvideo:
Ett av sätten att bestämma universums expansionshastighet är att studera mikrovågsbakgrund - reliktstrålningen, som dök upp 380 tusen år efter Big Bang. ΛCDM kan användas för att härleda Hubble-konstanten genom att mäta stora fluktuationer i CMB. Det visade sig vara lika med 67,4 kilometer per sekund för varje megaparsek, eller cirka tre miljoner ljusår (med en sådan hastighet föremål som är avlägsna på lämpligt avstånd avviker från varandra). I detta fall är felet bara 0,5 kilometer per sekund per megaparsek.
Om vi får ungefär samma värde med en annan metod, kommer detta att bekräfta giltigheten för den kosmologiska standardmodellen. Forskare mätte den uppenbara ljusstyrkan hos standardljus - föremål vars ljusstyrka alltid är känd. Sådana föremål är till exempel supernovaer av typ Ia - vita dvärgar som inte längre kan ta upp materie från stora följeslagare och explodera. Genom den uppenbara ljusstyrkan hos standardljus kan du bestämma avståndet till dem. Parallellt kan du mäta rödförskjutningen av supernovaer, det vill säga förskjutningen av våglängder för ljus till det röda området i spektrumet. Ju större rödförskjutning, desto större hastighet med vilken objektet tas bort från observatören.
Således blir det möjligt att bestämma universums expansionshastighet, som i detta fall visar sig vara lika med 74 kilometer per sekund för varje megaparsek. Detta stämmer inte med värdena som erhållits från ΛCDM. Det är emellertid osannolikt att ett mätfel kan förklara avvikelsen.
Enligt David Gross från Kavli Institute for Theoretical Physics vid University of California, Santa Barbara, i partikelfysik, skulle en sådan skillnad inte kallas ett problem, utan en kris. Ett antal forskare gick dock inte med på denna bedömning. Situationen kompliceras av en annan metod, som också bygger på studien av det tidiga universum, nämligen akustiska baryonoscillationer - svängningar i densiteten av synligt material som fyller det tidiga universum. Dessa vibrationer orsakas av plasmakustiska vågor och har alltid kända dimensioner, vilket gör att de ser ut som vanliga ljus. I kombination med andra mätningar ger de Hubble konstanten i överensstämmelse med ΛCDM.
Ny modell
Det finns en möjlighet att forskare gjorde ett misstag med att använda super-supernovaer av typ Ia. För att bestämma avståndet till ett avlägset objekt måste du bygga en avståndsstege.
Det första steget i denna stege är Cepheids - variabla stjärnor med ett exakt förhållande mellan period och ljusstyrka. Med Cepheids kan du bestämma avståndet till närmaste typ Ia-supernovaer. I en av studierna, i stället för Cepheids, användes röda jättar, som i ett visst skede av livet når sin maximala ljusstyrka - det är samma för alla röda jättar.
Som ett resultat visade sig Hubble-konstanten vara lika med 69,8 kilometer per sekund per megaparsek. Det finns ingen kris, säger Wendy Freedman från University of Chicago, en av författarna till uppsatsen.
Men detta uttalande ifrågasattes också. H0LiCOW-kollaboratörerna mätte Hubble-konstanten med hjälp av gravitationslinser, en effekt som uppstår när en massiv kropp böjer strålar från ett avlägset objekt bakom sig. Det senare kan vara kvasarer - kärnorna i aktiva galaxer som matas av ett supermassivt svart hål. På grund av gravitationslinser kan flera bilder på en kvasar visas på en gång. Genom att mäta flimmeren på dessa bilder har forskare erhållit en uppdaterad Hubble-konstant på 73,3 kilometer per sekund per megaparsek. Samtidigt visste forskare fram till den sista inte möjliga resultat, vilket utesluter möjligheten till bedrägeri.
Resultatet av att mäta Hubble-konstanten från naturliga masers som bildades när gasen roterar runt ett svart hål var 74 kilometer per sekund per megaparsek. Andra metoder gav 76,5 och 73,6 kilometer per sekund per megaparsek. Problem uppstår också vid mätningen av materiens fördelning i universum, eftersom gravitationslinsning ger ett annat värde jämfört med mätningar av mikrovågsbakgrunden.
Om det visar sig att skillnaden inte beror på mätfel krävs en ny teori för att förklara alla tillgängliga data. En möjlig lösning är att ändra mängden mörk energi som gör att universum expanderar snabbt. Även om de flesta forskare är för att göra utan att uppdatera fysik, förblir problemet olöst.
PS
Men om vad vi ser * (med hjälp av teleskop och instrument) är ljuset från långsläckta stjärnor inte fråga, men varför?
När allt kommer omkring en ljus från en stjärna som kommer till oss i tid - du kan räkna.. (beräkna) inte exakt, men ungefär. Det vill säga, det vi ser på platsen för en till synes ljus stjärna, redan idag, kan bara vara ett tomt utrymme. Stjärnan är inte längre där och vi ser dess ljus.
För att förstå de universella avstånden, titta på detta videomaterial:
Du sitter och tänker efter att ha sett dessa videor, men vem är VI, vad är VI?
Vi tror
Vi tror att …
Vi förstår
Ehh..
Författare: Slavik Yablochny