gov-civil-vilareal.ptAko rýchlo sa vesmír rozpína? Odpoveď závisí od toho, ako to meriate, a to je problém
>Vesmír sa rozpína.
Páni, stále milujem, keď si to môžem zapísať. Je to také úžasné, kompaktné a jednoduché tvrdenie, ktoré má však také hlboké dôsledky, že kým ich porozumieme, môže trvať desaťročia. A my vieme, že je to pravda už celé storočie.
Ale je to pravda. Máme veľa nezávislých dôkazov, ktoré ukazujú, že to tak je. To znamená, že vesmír bol v minulosti menší a ak posuniete hodiny o 13,8 miliardy rokov dozadu, zistíte, že všetko vo vesmíre bolo stlačené do jedného, neuveriteľne horúceho a hustého bodu. Spustite hodiny znova dopredu a získate počiatočné momenty vesmíru: Veľký tresk.
Veľmi dôležitá otázka, ktorá prirodzene vzniká, je: Ako rýchlo rozpína sa vesmír? Ukazuje sa, že vzdialenejšie objekty sa od nás vzďaľujú rýchlejšie, takže na opis expanzie používame nepárnu jednotku: rýchlosť na vzdialenosť. Zdvojnásobte vzdialenosť a rýchlosť, ktorou predmet ustúpi, sa tiež zdvojnásobí.
Toto číslo v astronómii má názov: Hubblova konštanta. Edwin Hubble sa to pokúsil vypočítať na začiatku 20. storočia a odvtedy sme to mohli veľmi upresniť. Je to asi 70 kilometrov za sekundu na megaparsek (megaparsek alebo Mpc je jeden milión parsekov alebo 3,26 milióna svetelných rokov; pre porovnanie, galaxia Andromeda je od nás vzdialená necelý 1 Mpc). Vo voľne sa rozvíjajúcom vesmíre sa teda objekt vzdialený 1 Mpc od vás vzdiali 70 km/s. Objekt vzdialený 10 Mpc utečie rýchlosťou 700 km/s atď.
Zvláštne, však? Ale tu sa veci dostanú naozaj divné. Existuje veľa rôznych spôsobov, ako merať Hubblovu konštantu. Jedným z nich je urobiť to lokálne tým, že sa pozrieme na blízke galaxie a zmeráme ich vzdialenosti aj rýchlosti. Existuje veľa spôsobov, ako zmerať oba (k čomu sa o chvíľu dostanem). Keď to urobíte, získate Hubblovu konštantu 73 km/s/Mpc.
Ďalším spôsobom je pozrieť sa na skoro Vesmír, vo veciach veľmi vzdialených. Asi 375 000 rokov po vzniku vesmíru rozšírilo sa natoľko, že sa stalo transparentným . Stále bolo horúco a dnes vidíme, že zvyšky tepla prestupujú celú oblohu. Ako sa vesmír ďalej rozpínal, teplo sa ochladzovalo (môžete si to tiež predstaviť ako svetlo z tej ohnivej gule, ktorá bola červeno posunutý ako sa vesmír od nás rozpína). Teraz to vidíme ako nepretržitú žiaru mikrovlniek, kamkoľvek sa pozrieme.
Veľmi starostlivým preskúmaním tejto žiary sa môžeme veľa dozvedieť o vtedajších podmienkach vesmíru. Rovnako môžeme vypočítať aj Hubblovu konštantu a číslo, ktoré pri tom získate, je približne 67 km/s/Mpc.
recenzia knihy hrozienka na slnku
Hm. Počkaj Tieto dve čísla sú odlišné. To je trápne.
To naozaj je. A zhoršuje sa to. Všetky miestne metódy získajú vyššie číslo a všetky vzdialené, rané vesmíre menšie. Vesmír akoby so sebou nesúhlasil.
Je to ako postaviť most cez kaňon, začínajúci na oboch koncoch, len aby sa títo dvaja v strede nestretli. Trochu mi to pripomína kresbu M. C. Eschera „Belvedere“. Nedáva to zmysel.
Ikonický „Belvedere“ M. C. Eschera, paradoxná budova, kde je perspektíva skreslene ohýbaná. Kredit: M. C. Escher
V skutočnosti, keď boli tieto čísla prvýkrát určené, neboli tak ďaleko, pretože neistota v meraniach bola vysoká. Chvíľu sme nepoznali Hubblovu konštantu s faktorom dvoch. Keď sa však merania zlepšovali, začali sme ich vidieť oddelené.
Tu je niečo zábavné: Nový projekt sa pokúša zaklincovať miestne číslo. Na jeho čele stál starý priateľ a študentský kolega Adam Riess (ktorý sa zaslúžil o zistenie, že univerzálna expanzia sa zrýchľuje - viac o že tiež za sekundu - a zarobil niekoľko slušných ocenení kvôli tomu). Hubblovým vesmírnym teleskopom sa zamerali na veľmi špecifický druh hviezdy, ktorý sa nazýva premenná Cepheid. Tieto hviezdy sa v priebehu času rozpínajú a sťahujú a sú stále jasnejšie a tmavšie. Pred storočím sa zistilo, že obdobie, čas potrebný na ich rozjasnenie a stmievanie, je viazané na celkové množstvo energie, ktoré vydávajú.
To je obrovské: Znamená to, že ak dokážete zmerať ich periódu, môžete zistiť ich svietivosť. A potom, ak zmeriate, ako jasne vyzerajú, môžete zistiť ich vzdialenosť ! To je kľúčové, pretože vidíme cefeidy v iných galaxiách, čo znamená, že nám poskytujú metódu na určenie vzdialeností od týchto galaxií. V skutočnosti to bol Hubblov tím, ktorý to použil na určenie vzdialeností niektorých blízkych galaxií už v 20. rokoch minulého storočia.
Riessov tím sa pozrel v 7 cefeidoch v našej vlastnej galaxii Mliečna dráha a merali nielen to, ako boli jasné, ale aj ich paralaxu, ich zjavnú zmenu polohy pri pohybe Zeme okolo Slnka (podrobnosti, navrhujem sledovať) „Crash Course Astronomy: Distances“ ?). Meraním tohto posunu počas niekoľkých rokov môžu získať veľmi presné vzdialenosti pre tieto hviezdy.
Ďalšou výhodou je, že pomocou Hubbla pozorujeme tieto cefeidy v iných galaxiách, takže sú všetky pozorovania vyrovnané; je ťažšie dosiahnuť konzistentnosť všetkého, keď používate rôzne observatóriá.
Jedna z premenných Cepheid, S Vulpeculae, pozorovaná pomocou Hubbleovho teleskopu. Zistilo sa, že jeho vzdialenosť je 10 124 svetelných rokov od Zeme. Na kalibráciu meraní vzdialenosti boli použité ďalšie označené hviezdy. Kredit: Riess a kol.
Táto nová práca teda dokázala sprísniť merania vzdialenosti k týmto cefeidom Mliečnej dráhy, ktoré sa pohybujú zhruba od 5 500 do 12 000 svetelných rokov ďaleko. Pomocou týchto lepších meraní na spustenie vzdialenosti k extragalaktickým cefeidám Riessov tím zistil, že miestna hodnota Hubblovej konštanty je 73,48 ± 1,66 km/s/Mpc, čo je zmena asi o 4% oproti starej hodnote.
Ale čo je dôležitejšie, naozaj je, že znížili neistota v tejto hodnote, čo znamená, že si myslíme, že táto hodnota je presnejšia. To zase znamená, že nižšia hodnota sa skutočne našla pomocou raných meraní vesmíru je rôzne. Nielenže sú naše merania roztrasené; Vesmír nám skutočne hovorí, že vtedy boli veci iné. Pravdepodobnosť, že je to kvôli náhode alebo niečomu skutočnému, je asi 1 z 4600. Ja tú stávku prijmem. Toto je skutočné.
Čo to všetko znamená? Stručne povedané, znamená to, že vesmír sa zdá, že sa teraz rozpína rýchlejšie než v minulosti. Aby bolo jasné, to sme už vedeli : Astronómovia zistili, že univerzálna expanzia sa zrýchľuje už v roku 1998 (Riess bol v jednom z dvoch nezávislých tímov, ktoré to zistili). Tieto nové výsledky však naznačujú, že zrýchlenie je ešte vyššie, ako sme si mysleli.
Toto je Hubbleovo extrémne hlboké pole a takmer všetko, čo v ňom vidíte, je vzdialená galaxia vzdialená miliardy svetelných rokov. Kredit: NASA, ESA, H. Teplitz a M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) a Z. Levay (STScI)
Čo teda robí? že znamená? To je dobrá otázka, na ktorú existuje príliš veľa možných odpovedí. Je možné, že temná energia, podivná entita stojaca za zrýchlením, môže byť silnejšia, ako sa očakávalo. Možno to rastie s časom; to je myšlienka, s ktorou sa chvíľu hádzalo. Ide o to, že jednoducho nevieme, čo je sakra temná energia je , z čoho je vyrobený alebo ako sa správa Tieto nové pozorovania by mohli pomôcť.
Ale stále to môže byť niečo iné. Temná hmota hrá tiež úlohu v tomto: Nejaká forma hmoty, o ktorej si myslíme, že sa nehrá dobre s normálnou hmotou a svetlom, takže ju nemožno priamo vidieť. Vo vesmíre prevyšuje 5 -násobok normálnej hmoty a my vieme, že tam je. Ak sa však správa nejakým neobvyklým spôsobom, ako keby len trochu interagovala s normálnou hmotou, mohlo by to zmeniť vývoj samotného vesmíru v priebehu času.
Tu je tá vec: Nevieme . Toto všetko je celkom nové a posúva naše zariadenie a naše teórie na úplné hranice. Preto sa to stále len pribíja. Pamätajte si, že už asi sto rokov vieme, že existovali aj iné galaxie, a že expanzia sa za posledných 20 rokov zrýchľuje. Práve s tým začíname.
Ale moja najobľúbenejšia časť na tom všetkom je, že my bude vyriešiť to. To robia ľudia; to robí veda. Vesmír je dosť mätúce miesto a náš mozog nie je vyvinutý tak, aby sme s ním mohli premýšľať. Ale to je dôvod, prečo máme vedu, ktorá nám pomáha porozumieť. Spárujte to s matematikou, inžinierstvom a našou nezastaviteľnou, neukojiteľnou zvedavosťou a dokonca aj samotný vesmír nám dá svoje tajomstvá.
Vesmír sa každým dňom rozširuje rýchlejšie, ale aj naša schopnosť ho zlomiť. Stihneme to.
