gov-civil-vilareal.ptΠόσο γρήγορα διαστέλλεται το Σύμπαν; Η απάντηση εξαρτάται από το πώς τη μετράτε και αυτό είναι πρόβλημα
>Το Σύμπαν διαστέλλεται.
Πω πω, μου αρέσει ακόμα να μπορώ να το γράψω. Είναι μια υπέροχη, συμπαγής, απλή δήλωση, αλλά έχει συνέπειες τόσο βαθιές που μπορεί να περάσουν δεκαετίες μέχρι να τις καταλάβουμε όλες. Και γνωρίζουμε ότι είναι αλήθεια εδώ και έναν αιώνα.
Ο κανόνας χωρίς επαφή δεν λειτουργεί
Αλλά είναι αλήθεια. Έχουμε πολλές ανεξάρτητες αποδείξεις που το αποδεικνύουν. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν ήταν μικρότερο στο παρελθόν και αν γυρίζατε το ρολόι πίσω περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, θα διαπιστώσετε ότι όλα στο σύμπαν συμπιέστηκαν σε ένα ενιαίο, απίστευτα ζεστό και πυκνό σημείο. Τρέξτε ξανά το ρολόι μπροστά και θα λάβετε τις αρχικές στιγμές του Σύμπαντος: τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ένα εξαιρετικά σημαντικό ερώτημα που προκύπτει φυσικά είναι: Πώς γρήγορα το Σύμπαν διαστέλλεται; Αποδεικνύεται ότι πιο μακρινά αντικείμενα απομακρύνονται πιο γρήγορα από εμάς, οπότε χρησιμοποιούμε μια περιττή μονάδα για να περιγράψουμε την επέκταση: μια ταχύτητα ανά απόσταση. Διπλασιάστε την απόσταση και η ταχύτητα υποχώρησης ενός αντικειμένου διπλασιάζεται επίσης.
Αυτός ο αριθμός στην αστρονομία έχει ένα όνομα: η σταθερά του Χαμπλ. Ο Έντουιν Χάμπλ προσπάθησε να τον υπολογίσει στις αρχές του 20ού αιώνα και από τότε μπορέσαμε να το βελτιώσουμε πολύ. Είναι περίπου 70 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (ένα megaparsec, ή Mpc, είναι ένα εκατομμύριο parsecs, ή 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός. Για σύγκριση, ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας βρίσκεται μόλις 1 Mpc μακριά από εμάς). Έτσι, σε ένα ελεύθερα διαστελλόμενο Σύμπαν, ένα αντικείμενο 1 Mpc θα απομακρυνθεί από εσάς με 70 km/sec. Ένα αντικείμενο 10 Mpc μακριά θα τρέξει μακριά με 700 km/sec και ούτω καθεξής.
Περίεργο, σωστά; Εδώ όμως τα πράγματα φτάνουν Πραγματικά παράξενο. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι μέτρησης της σταθεράς του Χαμπλ. Το ένα είναι να το κάνουμε τοπικά, κοιτάζοντας τους κοντινούς γαλαξίες, μετρώντας τόσο τις αποστάσεις όσο και τις ταχύτητές τους. Έχουμε πολλούς τρόπους για να μετρήσουμε και τα δύο (στους οποίους θα αναφερθώ λίγο περισσότερο σε μια στιγμή). Όταν το κάνετε αυτό, λαμβάνετε μια σταθερά Hubble 73 km/sec/Mpc.
Ένας άλλος τρόπος είναι να δούμε το νωρίς Σύμπαν, σε πράγματα πολύ μακριά. Περίπου 375.000 χρόνια μετά τον σχηματισμό του Σύμπαντος, είχε επεκταθεί αρκετά για να γίνει διαφανής Ε Wasταν ακόμα ζεστό και τώρα, σήμερα, βλέπουμε ότι η υπολειπόμενη θερμότητα διαπερνά ολόκληρο τον ουρανό. Καθώς το Σύμπαν συνέχιζε να επεκτείνεται η θερμότητα ψύχεται (μπορείτε επίσης να το σκεφτείτε ως το φως από εκείνη τη σφαίρα μετατοπίστηκε στο κόκκινο καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται μακριά μας). Τώρα το βλέπουμε ως μια συνεχή λάμψη μικροκυμάτων όπου κι αν κοιτάξουμε.
Εξετάζοντας αυτή τη λάμψη πολύ προσεκτικά, μπορούμε να μάθουμε πολλά για τις συνθήκες του Σύμπαντος τότε. Μπορούμε επίσης να υπολογίσουμε τον Σταθερό Hubble με αυτόν τον τρόπο, και ο αριθμός που παίρνετε όταν το κάνετε είναι περίπου 67 km/sec/Mpc.
Εμ Περίμενε. Αυτοί οι δύο αριθμοί είναι διαφορετικοί. Αυτό είναι άβολο.
Είναι πραγματικά. Και γίνεται χειρότερο. Όλες οι τοπικές μέθοδοι παίρνουν τον μεγαλύτερο αριθμό και όλες οι μακρινές, πρώιμες του Σύμπαντος παίρνουν τον μικρότερο αριθμό. Λες και το Σύμπαν δεν συμφωνεί με τον εαυτό του.
Είναι σαν να χτίζεις μια γέφυρα πάνω από ένα φαράγγι, ξεκινώντας και από τα δύο άκρα, για να μην συναντηθούν τα δύο στη μέση. Μου θυμίζει λίγο το σχέδιο του M. C. Escher 'Belvedere'. Δεν έχει νόημα.
Το εμβληματικό «Belvedere» του M. C. Escher, ένα παράδοξο κτίριο όπου η προοπτική είναι παραμορφωμένη. Πίστωση: M. C. Escher
Στην πραγματικότητα, όταν αυτοί οι αριθμοί προσδιορίστηκαν για πρώτη φορά δεν ήταν τόσο μακριά, επειδή η αβεβαιότητα στις μετρήσεις ήταν υψηλή. Για λίγο δεν γνωρίζαμε τη σταθερά του Hubble σε συντελεστή δύο. Αλλά καθώς οι μετρήσεις βελτιώθηκαν, αρχίσαμε να τις βλέπουμε να διαχωρίζονται.
Εδώ τα πράγματα διασκεδάζουν: Ένα νέο έργο προσπαθεί να μειώσει τον τοπικό αριθμό. Με επικεφαλής τον παλιό φίλο και μαθητή απόφοιτο Adam Riess (ο οποίος έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανακάλυψη ότι η επέκταση του Universal επιταχύνεται - περισσότερα ότι σε ένα δευτερόλεπτο, επίσης - και έχει κερδίσει μερικές αξιοπρεπείς διακρίσεις εξαιτίας αυτού). Χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble για να δουν ένα πολύ συγκεκριμένο είδος αστεριού, που ονομάζεται μεταβλητή Cepheid. Αυτά τα αστέρια διαστέλλονται και συστέλλονται με την πάροδο του χρόνου, και γίνονται πιο λαμπερά και πιο αμυδρά καθώς γίνονται. Πριν από έναν αιώνα ανακαλύφθηκε ότι η περίοδος, ο χρόνος που χρειάζεται για να φωτιστούν και να εξασθενίσουν, ήταν συνδεδεμένη με το συνολικό ποσό ενέργειας που εκπέμπουν.
Αυτό είναι τεράστιο: Σημαίνει ότι αν μπορείτε να μετρήσετε την περίοδο τους, μπορείτε να μάθετε τη φωτεινότητά τους. Και μετά αν μετρήσετε πόσο φωτεινά φαίνονται, μπορείτε να βρείτε την απόσταση τους ! Αυτό είναι ζωτικής σημασίας, γιατί βλέπουμε τους Κεφειδείς σε άλλους γαλαξίες, πράγμα που σημαίνει ότι μας δίνουν μια μέθοδο για να προσδιορίσουμε τις αποστάσεις σε αυτούς τους γαλαξίες. Στην πραγματικότητα, ήταν η ομάδα του Hubble που το χρησιμοποίησε για να καθορίσει τις αποστάσεις σε μερικούς κοντινούς γαλαξίες τη δεκαετία του 1920.
Η ομάδα του Riess κοίταξε στους 7 Κεφαλίδες στον δικό μας γαλαξία Γαλαξία και μετρήσαμε όχι μόνο το πόσο φωτεινοί ήταν, αλλά και την παράλλαξή τους, τη φαινομενική αλλαγή θέσης καθώς η Γη κινείται γύρω από τον Sunλιο (για λεπτομέρειες, μπορώ να προτείνω να παρακολουθήσετε 'Crash Course Astronomy: Distances' ;). Μετρώντας αυτή τη μετατόπιση για αρκετά χρόνια, μπορούν να πάρουν πολύ ακριβείς αποστάσεις για αυτά τα αστέρια.
Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι χρησιμοποιούμε το Hubble για να παρατηρήσουμε αυτές τις Κηφείδες σε άλλους γαλαξίες, οπότε αυτό βάζει όλες τις παρατηρήσεις σε μια ομοιόμορφη βάση. είναι πιο δύσκολο να είναι όλα σταθερά όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικά παρατηρητήρια.
Μία από τις μεταβλητές του Cepheid, S Vulpeculae, που παρατηρήθηκε χρησιμοποιώντας το Hubble. Η απόσταση του βρέθηκε να είναι 10.124 έτη φωτός από τη Γη. Άλλα σημαδεμένα αστέρια χρησιμοποιήθηκαν για τη βαθμονόμηση των μετρήσεων απόστασης. Πίστωση: Riess et al.
μου λείπει ο πρώην μου
Έτσι, αυτό το νέο έργο μπόρεσε να ενισχύσει τις μετρήσεις της απόστασης σε αυτές τις Κηφίδες του Γαλαξία, οι οποίες κυμαίνονται από περίπου 5.500 έως 12.000 έτη φωτός μακριά. Χρησιμοποιώντας αυτές τις καλύτερες μετρήσεις για να εκκινήσει στη συνέχεια την απόσταση από εξωγαλαξιακούς Κηφείδες, η ομάδα του Riess διαπιστώνει ότι η τοπική τιμή του Hubble Constant είναι 73,48 1,66 km/sec/Mpc, μια αλλαγή περίπου 4% από την παλιά τιμή.
Αλλά το πιο σημαντικό, πραγματικά, είναι ότι μείωσαν το αβεβαιότητα σε αυτήν την τιμή, που σημαίνει ότι πιστεύουμε ότι αυτή η τιμή είναι πιο ακριβής. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει ότι η χαμηλότερη τιμή που βρέθηκε χρησιμοποιώντας μετρήσεις πρώιμου Σύμπαντος πραγματικά είναι διαφορετικός. Δεν είναι μόνο ότι οι μετρήσεις μας είναι ασταθείς. το Σύμπαν πραγματικά μας λέει ότι τα πράγματα ήταν διαφορετικά τότε. Οι πιθανότητες να οφείλεται σε σύμπτωση ή σε κάτι που δεν είναι πραγματικό είναι περίπου 1 στις 4.600. Θα πάρω αυτό το στοίχημα. Αυτό είναι αληθινό.
Τι σημαίνουν όλα αυτά; Λοιπόν, με λίγα λόγια, σημαίνει ότι το Σύμπαν φαίνεται να επεκτείνεται πιο γρήγορα τώρα από ό, τι στο παρελθόν. Για να είμαι ξεκάθαρος, το ξέραμε ήδη : Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η επέκταση του Universal επιταχύνεται το 1998 (η Riess ήταν σε μία από τις δύο ανεξάρτητες ομάδες που το βρήκαν). Αλλά αυτά τα νέα αποτελέσματα φαίνεται να δείχνουν ότι η επιτάχυνση είναι ακόμη μεγαλύτερη από ό, τι πιστεύαμε.
Αυτό είναι το εξαιρετικά βαθύ πεδίο Hubble και σχεδόν όλα όσα βλέπετε σε αυτόν είναι ένας μακρινός γαλαξίας, δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Πίστωση: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) και Z. Levay (STScI)
Τι κάνει λοιπόν ότι σημαίνω? Αυτή είναι μια καλή ερώτηση, για την οποία υπάρχουν πάρα πολλές πιθανές απαντήσεις. Είναι πιθανό ότι η σκοτεινή ενέργεια, η περίεργη οντότητα πίσω από την επιτάχυνση, μπορεί να είναι ισχυρότερη από το αναμενόμενο. Perhapsσως μεγαλώνει με τον καιρό. αυτή είναι μια ιδέα που ανατρέπεται εδώ και λίγο καιρό. Το θέμα είναι ότι απλώς δεν ξέρουμε τι στο καλό σκοτεινή ενέργεια είναι , από τι είναι φτιαγμένο ή πώς συμπεριφέρεται. Αυτές οι νέες παρατηρήσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν.
Mayσως όμως να είναι κάτι άλλο. Σκοτεινή ύλη παίζει και σε αυτό: Κάποια μορφή ύλης που πιστεύουμε ότι δεν παίζει καλά με την κανονική ύλη και το φως, οπότε είναι αδύνατο να το δούμε απευθείας. Ξεπερνά τη συνήθη ύλη με συντελεστή 5 στο Σύμπαν, και γνωρίζουμε ότι είναι εκεί έξω. Αλλά, αν συμπεριφέρεται με ασυνήθιστο τρόπο, όπως ίσως να αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη λίγο, αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσεται το ίδιο το Σύμπαν με την πάροδο του χρόνου.
Ιδού το πράγμα: Δεν ξέρουμε Ε Όλα αυτά είναι αρκετά καινούρια και ωθεί τον εξοπλισμό και τις θεωρίες μας στα όριά τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτό εξακολουθεί να καρφώνεται. Θυμηθείτε, γνωρίζουμε μόνο ότι υπήρχαν άλλοι γαλαξίες εδώ και περίπου εκατό χρόνια και ότι η επέκταση επιταχύνεται τα τελευταία 20. Μόλις αρχίζουμε να το καταλαβαίνουμε.
Αλλά το αγαπημένο μου μέρος για όλα αυτά είναι ότι εμείς θα Καταλαβέ το. Αυτό κάνουν οι άνθρωποι. αυτό κάνει η επιστήμη. Το Σύμπαν είναι ένα αρκετά μπερδεμένο μέρος και ο εγκέφαλός μας δεν έχει εξελιχθεί για να μπορεί να το σκέφτεται άνετα. Αλλά αυτός είναι στην πραγματικότητα ο λόγος που έχουμε επιστήμη, για να μας βοηθήσει να καταλάβουμε. Ζευγάρι που με τα μαθηματικά, τη μηχανική, και την ασταμάτητη, ακόρεστη περιέργειά μας, ακόμη και το ίδιο το σύμπαν θα μας δώσει τα μυστικά του.
Το Σύμπαν επεκτείνεται γρηγορότερα κάθε μέρα, αλλά και η ικανότητά μας να το γκρινιάζουμε. Θα προλάβουμε.
