Коли ми думаємо, що добре розуміємо Всесвіт, приходять астрономи все перевернути. У цьому випадку щось суттєве для всього, що ми знаємо і бачимо, перевернулося з ніг на голову: швидкість розширення самого Всесвіту, або постійна Хаббла.
Команда астрономів за допомогою телескопа Хаббл визначила, що швидкість розширення на п'ять-дев'ять відсотків швидше, ніж було виміряно раніше. Постійна Хаббла — це не цікавий предмет, який можна відкласти до наступного прогресу у вимірюванні. Це невід'ємна частина самої природи всього існуючого.
«Це дивовижне відкриття може стати важливою підказкою для розуміння тих таємничих частин Всесвіту, які становлять 95 відсотків усього і не випромінюють світло, наприклад темна енергія , темна матерія , і темне випромінювання », – сказав керівник дослідження та лауреат Нобелівської премії Адам Рис з Наукового інституту космічного телескопа та Університету Джона Хопкінса в Балтіморі, штат Меріленд.
Але перш ніж перейти до наслідків цього дослідження, давайте трохи повернемося назад і подивимося, як вимірюється постійна Хаббла.
Вимірювання швидкості розширення Всесвіту – непроста справа. Використовуючи зображення вгорі, це працює так:
- В межах Чумацького Шляху телескоп Хаббл використовується для вимірювання відстані до Змінні цефеїди , тип пульсуючої зірки. Для цього використовується паралакс, а паралакс є основним інструментом геометрії, який також використовується в геодезії. Астрономи знають, що таке справжня яскравість цефеїд, тому порівняння цього з їх видимою яскравістю з Землі дає точне вимірювання відстані між зіркою і нами. Їх швидкість пульсації також точно налаштовує розрахунок відстані. З цієї причини змінні цефеїди іноді називають «космічними мірками».
- Потім астрономи звертають свій погляд на інші сусідні галактики, які містять не тільки змінні цефеїди, а й Наднова типу 1a , ще один добре зрозумілий тип зірки. Ці наднові, які, звичайно, є зірками, що вибухають, є ще одним надійним критерієм для астрономів. Відстань до цих галактик визначається за допомогою цефеїд для вимірювання справжньої яскравості наднових.
- Далі астрономи спрямовують Хаббл на галактики, які знаходяться ще далі. Вони настільки далекі, що жодних цефеїд у цих галактиках неможливо побачити. Але наднові типу 1a настільки яскраві, що їх можна побачити навіть на таких величезних відстанях. Потім астрономи порівнюють справжню і видиму яскравості наднових, щоб виміряти відстань, на якій можна побачити розширення Всесвіту. Світло від далеких наднових «зміщується в червоний колір» або розтягується через розширення простору. Коли виміряна відстань порівнюється з червоним зміщенням світла, це дає вимірювання швидкості розширення Всесвіту.
- Зробіть глибокий вдих і прочитайте все це ще раз.
Велика частина всього цього полягає в тому, що ми маємо ще точніше вимірювання швидкості розширення Всесвіту. Похибка вимірювання знизилася до 2,4%. Складна частина полягає в тому, що ця швидкість розширення сучасного Всесвіту не співпадає з вимірюванням раннього Всесвіту.
Швидкість розширення раннього Всесвіту отримана з випромінювання, що залишилося від Великого вибуху. Коли це космічне післясвітіння вимірюється НАСА Мікрохвильовий анізотропний зонд Wilkinson (WMAP) і ЄКА Супутник Планка , це дає меншу швидкість розширення. Тож ці двоє не шикуються. Це як будувати міст, коли будівництво починається з обох кінців і має вирівнятися до того часу, коли ви дійдете до середини. (Застереження: я поняття не маю, чи будуються мости так.)
Це зображення телескопа Хаббл показує одну з галактик, використаних у дослідженні. Він містить два типи зірок, які використовуються для вимірювання відстаней між галактиками. Червоні кола — це пульсуючі змінні зірки цефеїди, а синій X — наднова типу 1a. Зображення: NASA, ESA та А. Рисс (STScI/JHU)
«Ви починаєте з двох кінців, і ви очікуєте зустрітися в середині, якщо всі ваші малюнки правильні і ваші вимірювання правильні», - сказав Рісс. «Але тепер кінці не зовсім зустрічаються посередині, і ми хочемо знати, чому».
«Якщо ми знаємо початкові кількості речовин у Всесвіті, таких як темна енергія та темна матерія, і ми маємо правильну фізику, тоді ви можете перейти від вимірювання в момент часу невдовзі після Великого вибуху та використати це розуміння, щоб передбачити, як Сьогодні Всесвіт має швидко розширюватися», – сказав Рисс. «Однак, якщо ця невідповідність збережеться, виявляється, що ми не маємо правильного розуміння, і це змінить, наскільки великою має бути постійна Хаббла сьогодні».
Чому це не все збігається, це частина цього весела і, можливо, зводить з розуму.
Те, що ми називаємо темною енергією, — це сила, яка керує розширенням Всесвіту. Темна енергія стає сильнішою? Або як щодо темної матерії, яка становить більшу частину маси у Всесвіті. Ми знаємо, що не знаємо багато про це. Можливо, ми знаємо навіть менше, і його природа з часом змінюється.
«Ми так мало знаємо про темні частини Всесвіту, тому важливо виміряти, як вони штовхають і тягнуть простір у космічну історію», — сказав Лукас Макрі з Техаського університету A&M в Коледж-Стейшн, ключовий співробітник дослідження.
Команда все ще працює з Хабблом, щоб зменшити невизначеність у вимірюванні швидкості розширення. Такі інструменти, як Космічний телескоп Джеймса Вебба і Європейський надзвичайно великий телескоп може допомогти ще більше уточнити вимірювання та допомогти вирішити цю важливу проблему.