En gång upptäckte vi att universum expanderade. Därefter var nästa vetenskapliga steg att bestämma hastigheten eller hastigheten för denna expansion. Mer än 80 år har gått, men vi har fortfarande inte enats om denna fråga. När vi tittade på de största kosmiska skalorna och studerade de äldsta signalerna - efterglödet från Big Bang och storskaliga korrelationer av galaxer - fick vi ett nummer: 67 km / s / Mpc.
Men när vi tittar på enskilda stjärnor, galaxer, supernovaer och andra direkta pekare, får vi ett annat nummer: 74 km / s / Mpc. Osäkerheterna är mycket små: ± 1 till det första siffran och ± 2 till det andra siffran, och det finns fortfarande en statistisk chans på mindre än 0,1% att dessa siffror kommer att förenas med varandra. Denna motsägelse borde ha lösts för länge sedan, men har bestått ända sedan universums expansion först upptäcktes.
1923 använde Edwin Hubble världens största teleskop för att leta efter nya stjärnor i andra galaxer. Det skulle förmodligen inte vara värt att säga "galaxer", för då var inte mänskligheten säker på de himmelska spiralerna. När han studerade den största av dem - M31, nu känd som Andromeda Nebula - såg han den första och sedan den andra och den tredje nya. Men den fjärde dök upp på samma plats som den första, och detta var omöjligt, eftersom det tar hundratals år eller mer att ladda de nya. Hans nya dök upp på mindre än en vecka. Spännande, Hubble korsade den första "N" som han skrev och skrev över "VAR!" Han insåg att det var en variabel stjärna, och sedan dess fanns det fysiska variabla stjärnor. Hubble kunde beräkna avståndet till Andromeda. Han visade att det var exakt utanför Vintergatan och är uppenbarligen en galax. Det var den finaste observationen av en enda stjärna i astronomiens historia.
Edwin Hubbles ursprungliga LP som avslöjar den varierande naturen hos en stjärna i Andromeda
Hubble fortsatte sitt arbete genom att observera variabla stjärnor i många spiralgalaxier. Tillsammans med deras förskjutna spektrallinjer började han märka att ju längre galaxen är, desto snabbare flyttar den sig bort från oss. Inte bara upptäckte han denna lag - känd som Hubbles lag - han var den första som mätte utvidgningshastigheten: Hubble-parametern. Antalet han fick var dock stort. Väldigt stor. Så stor att om det var sant skulle det följa att Big Bang hände för bara två miljarder år sedan. Uppenbarligen skulle ingen tro detta eftersom vi har geologiska bevis på att jorden ensam är mer än fyra miljarder år gammal.
Sammansatt bild av jordens västra halvklot mer än 4 miljarder år gammal
Kampanjvideo:
År 1943 observerade astronomen Walter Baade nära variabla stjärnor utanför Vintergatan och märkte något oerhört viktigt: inte alla variabla Cepheids - den typen Hubble som används för att bestämma universums expansion - uppför sig samma sak. Istället fanns det två olika klasser. Och plötsligt visade det sig att Hubble-konstanten inte alls var så stor som Hubble hade bestämt.
Mätningar av variabla stjärnor av Walter Baade i Andromeda var det viktigaste beviset på förekomsten av två separata populationer av Cepheids och gjorde det möjligt att reducera Hubble-parametern till ett mer meningsfullt värde
Istället expanderade universumet långsammare, vilket innebär att det tog längre tid för att nå sitt nuvarande tillstånd. För första gången övergick universum Jorden i ålder, och det var ett gott tecken. Med tiden ökade ytterligare förbättringar och Hubble-exponenten minskade gradvis medan universumets ålder fortsatte att öka. I slutändan sjönk åldern till och med de äldsta stjärnorna med universumets ålder.
Hur beräkningarna av Hubble-parametern förändrades över tid
Historien slutar inte där. Vet du varför Hubble Space Telescope fick namnet på det sättet? Inte för att det var uppkallat efter Edwin Hubble, som upptäckte att universum expanderade. Snarare, eftersom dess huvuduppdrag var att mäta Hubble-parametern, eller hastigheten med vilken universum expanderar. Innan teleskopet lanserades 1990 fanns det två läger som förespråkade helt olika universum: ett ledat av Allan Sendage och ett universum med en expansionshastighet på 50 km / s / Mpc och en ålder av 16 miljarder år; den andra är under ledning av Gerard de Vaucouleur och ett universum med en expansionshastighet på 100 km / s / Mpc och en ålder på under 10 miljarder år. Dessa två läger var övertygade om att de motsatta lägren gjorde systematiska fel i sina mätningar och att det inte fanns någon mellanklass. Det huvudsakliga vetenskapliga målet med rymdteleskopet Hubble var att mäta expansionshastigheten en gång för alla.
Och han uppnådde det. 72 ± 8 km / s / Mpc var slutresultatet av projektet. Idag finns det ännu färre fel eller felaktigheter, och det är spänningen mellan de två olika metoderna. Om du tittar på universum på de största skalorna, fluktuationerna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden och akustiska baryonoscillationer i kluster av galaxer, får du ett mindre antal: 67 km / s / Mpc. Detta är inte det mest gynnsamma resultatet, men högre värden är mycket möjliga.
Om du tittar på direkta mätningar av enskilda stjärnor i vår galax och sedan på samma klasser av stjärnor i andra galaxer, och sedan på supernovaer utöver det, får du ett högre värde: 74 km / s / Mpc. Men ett systematiskt fel vid mätningar av stjärnor i närheten, till och med ett fel på flera procent, kan reducera detta antal till och med till det lägsta föreslagna värdet. När ESA Gaia-uppdraget fortsätter att mäta parallax med en aldrig tidigare skådad noggrannhet av en miljard stjärnor i vår galax, kan denna spänning lösa på egen hand.
Idag känner vi Hubble-expansionshastigheten ganska exakt, och två olika metoder för att extrahera den verkar ge motstridiga värden. Det finns många olika dimensioner som pågår just nu, varje läger försöker bevisa sitt fall och hitta andras misstag. Och om historien har lärt oss någonting kan vi säga att vi för det första kommer att lära oss något nytt och intressant om vårt universums natur när denna fråga löses, och för det andra kommer denna tvist om expansionsgraden uppenbarligen inte att sista.
ILYA KHEL