Tai buvo 1990-ųjų pradžioje. „Carnegie“observatorija Pasadena mieste, Kalifornijoje, per Kalėdas yra tuščia. Wendy Friedmanas, vienas bibliotekoje, sprendė didžiulę ir keblią problemą: Visatos plėtimosi greitį. Carnegie buvo derlinga dirva tokiam darbui. Būtent čia, 1929 m., Edvinas Hablas pirmą kartą pamatė tolimas galaktikas, skrendančias toliau nuo Paukščių Tako, kyšančias į besiplečiančios erdvės išorinį srautą. Šio srauto greitis tapo žinomas kaip Hablo konstanta.
Ramus Friedmano darbas netrukus nutrūko, kai kolega astronomas Allanas Sandage'as, Hablo mokslinis įpėdinis, puolė į biblioteką ir dešimtmečius valdė ir tobulino Hablo konstantą, nuolat gindamas lėtą plėtros tempą. Friedmanas buvo vienas iš paskutiniųjų, kuris pasisakė už aukštesnius tarifus, o Sandage pamatė jos eretikinį tyrinėjimą.
- „Salik.biz“
„Jis buvo toks piktas“, - prisimena Friedmanas, dabar Čikagos universitete, Ilinojaus valstijoje, „kad tą akimirką supratau, kad visame pastate esame vieni. Žengiau žingsnį atgal ir pagalvojau, kad dirbame ne pačiose draugiškiausiose mokslo srityse “.
Ši konfrontacija išnyko, bet ne iki galo. Sandage mirė 2010 m., Ir tada dauguma astronomų buvo suartinę siauros juostos Hablo konstantą. Tačiau naujausi duomenys, kurių pats „Sandage“būtų norėjęs, rodo, kad Hablo konstanta yra 8% mažesnė už pirmaujančią. Beveik šimtmetį astronomai tai apskaičiavo kruopščiai išmatuodami atstumus artimiausioje visatos dalyje ir judėdami toliau ir toliau. Tačiau pastaruoju metu astrofizikai išmatuoja pastovų išorės plotą, remdamiesi kosminio mikrobangų fono (CMB) žemėlapiais, pleiskanotu Didžiojo sprogimo, kuris tapo matomos visatos fonu, žemėlapiais. Spėliojant, kaip energijos ir materijos stumimas ir traukimas Visatoje pakeitė kosminio plėtimosi greitį nuo tada, kai susiformavo kosminės mikrobangos fonas,astrofizikai gali paimti jų diagramas ir pritaikyti Hablo konstantą dabartinei vietinei visatai. Skaičiai turi sutapti. Bet jie nesutampa.
Galbūt viename iš požiūrių yra kažkas ne taip. Abi pusės ieško savo ir kitų metodų trūkumų, o vyresnieji veikėjai, tokie kaip Friedmanas, skuba pateikti savo pasiūlymus. „Mes nežinome, kur tai nuves“, - sako Friedmanas.
Bet jei susitarimo nebus pasiekta, tai taps įtrūkimu šiuolaikinės kosmologijos tvirtumoje. Tai gali reikšti, kad egzistuojančioms teorijoms trūksta ingrediento, įsiterpusio į dabartį ir senovės praeitį, įaustą į sąveiką tarp CMB ir dabartinės Hablo konstantos. Jei taip, istorija pasikartos. Dešimtajame dešimtmetyje Adamas Riessas, šiuo metu astrofizikas iš Johns Hopkins universiteto Baltimorėje, Merilande, vadovavo vienai iš komandų, kurios atrado tamsiąją energiją - atstumiančiąją jėgą, kuri pagreitina visatos plėtimąsi. Tai yra vienas iš veiksnių, į kuriuos reikia atsižvelgti CMB skaičiavimuose.
Dabar Rieszo komanda ieško Hablo konstantos netoliese ir už jos ribų. Jo tikslas yra ne tik išsiaiškinti skaičių, bet ir sužinoti, ar jis laikui bėgant keičiasi taip, kad net tamsi energija to negali paaiškinti. Iki šiol jis mažai supranta, koks galėtų būti trūkstamas faktorius. Ir jis labai domisi tuo, kas vyksta.
Reklaminis vaizdo įrašas:
1927 m. Hablas peržengė Paukščių Taką, ginkluotą tuo metu didžiausiu pasaulyje teleskopu - 2,5 metro Hookerio teleskopu, esančiu ant Wilsono kalno virš Pasadena. Jis fotografavo silpnas spiralines dėmeles, kurias dabar žinome kaip galaktikas, ir išmatavo jų šviesos paraudimą, kai Dopleris pasislenka į ilgas šviesos bangas. Palyginęs raudonųjų galaktikų poslinkį su jų ryškumu, Hablas padarė įdomias išvadas: kuo blankesnė ir, manoma, kuo toliau, tuo galaktika buvo, tuo greičiau ji tolėjo. Vadinasi, visata plečiasi. Tai reiškia, kad Visata turi ribotą amžių, kuris prasidėjo nuo Didžiojo sprogimo.
Kosminis prieštaravimas
Diskusijos apie Hablo konstantą ir Visatos plėtimosi greitį ėmė reikštis iš naujo. Astronomai atvyko į tam tikrą datą naudodamiesi klasikinėmis atstumų kopėčiomis arba astronominiais vietos visatos stebėjimais. Bet šios vertybės prieštarauja kosmologiniams įvertinimams, padarytiems iš ankstyvosios visatos žemėlapių ir susietų su šiandiena. Iš šio ginčo išplaukia, kad visatos augimas gali paskatinti trūkstamą ingredientą.
Norint nustatyti išsiplėtimo greitį ir atitinkamą konstantą, Hablui reikėjo realių atstumų iki galaktikų, o ne tik santykinio atstumo pagal jų tariamą ryškumą. Todėl jis pradėjo sunkų nutolusių laiptų statybos procesą - nuo Paukščių Tako iki kaimyninių galaktikų ir už jos ribų iki pačių besiplečiančios kosmoso sienų. Kiekviena kopėčių pakopa turi būti sukalibruota su „standartinėmis žvakėmis“: daiktais, kurie juda, pulsuoja, mirksi ar sukasi taip, kad tiksliai žinai, kiek toli jie yra.
Pirmasis etapas atrodė pakankamai patikimas: kintamos žvaigždės, vadinamos cefeidais, kurios padidėja ir sumažėja ryškumas per kelias dienas ar savaites. Šio ciklo trukmė rodo vidinį žvaigždės ryškumą. Palyginęs stebėtą „Cepheid“ryškumą su ryškumu, atsirandančiu dėl jo virpesių, Hablas sugebėjo apskaičiuoti atstumą iki jo. Mount Wilson teleskopas sugebėjo ištaisyti keletą cefeidų netoliese esančiose galaktikose. Tolimoms galaktikoms jis padarė prielaidą, kad jose esančios ryškios žvaigždės turės tą patį vidinį ryškumą. Net pačiose tolimiausiose galaktikose, kaip siūlė Hablas, bus standartinės žvakės su vienodo ryškumo.
Akivaizdu, kad šios prielaidos nebuvo pačios geriausios. Pirmoji Hablo paskelbta konstanta buvo 500 kilometrų per sekundę per megaparseką - tai yra, kaskart, kai kas 3,25 milijonus šviesmečių žvilgčiojo į kosmosą, besiplečianti visata 500 km per sekundę greičiausiai stumdavo galaktikas. Šis skaičius buvo neteisingas ir suponavo, kad visatai buvo tik 2 milijardai metų, tai yra beveik septynis kartus mažiau, nei manoma šiandien. Bet tai buvo tik pradžia.
1949 m. Buvo baigta 5,1 metro teleskopo statyba Palomaryje, Kalifornijos pietuose, Hablo širdies priepuoliui laiku. Jis perdavė mantiją „Sandage“- kozirio stebėtojui, kuris praleido kelis dešimtmečius kurdamas fotografines plokšteles naktinių sesijų metu, dirbdamas su milžinišku teleskopo aparatu, drebėdamas nuo šalčio ir reikalingas pertraukas.
Turėdamas aukštesnę Palomaro skiriamąją gebą ir didelę šviesos rinkimo galią, „Sandage“sugebėjo išgauti cefeidus iš atokesnių galaktikų. Jis taip pat suprato, kad ryškios Hablo žvaigždės iš esmės yra ištisos žvaigždžių grupės. Jie buvo ryškesnio pobūdžio ir todėl daug toliau nei manė Hablo, kuris, be kitų pataisų, reiškė daug mažesnę Hablo konstantą. Devintajame dešimtmetyje Sandage'ui apsigyveno 50, kurį jis nuožmiai gynė. Vienas garsiausių jo oponentų, prancūzų astronomas Gerardas de Vaucouleursas, pasiūlė vertę 50. Vienas iš svarbiausių kosmologijos parametrų pažodžiui padvigubėjo.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje Friedmanas, išgyvenęs Sandage žodinę prievartą, išsikėlė sau užduotį išspręsti šį galvosūkį nauju įrankiu, tarsi sąmoningai sukurtu jos darbui: Hablo kosminiu teleskopu. Jo aiškus vaizdas į atmosferą leido Friedmano komandai identifikuoti pavienius cefeidus 10 kartų toliau nei Sandage padarė su Palomaru. Kartais šiose galaktikose buvo ir cefeidų, ir ryškesnių švyturių - Ia tipo supernovos. Šios sprogstančios baltosios nykštukinės žvaigždės yra matomos erdvėje ir išsiveržia esant pastoviam ir maksimaliam ryškumui. Kalibruoti prie cefeidų, supernovos gali būti naudojamos atskirai zonduoti tolimiausiose kosmoso vietose. 2001 m. Friedmano komanda sumažino Hablo konstantą iki 72 pliuso ar minuso 8 ir baigė „Sandage-de Vaucouleurs“įkarštį. „Aš buvau išsekusi“, - sako ji. As maniau,niekada negrįžk dirbti į Hablo konstantą “.
Edwinas Hablas
Bet tada pasirodė fizikas, kuris rado savarankišką būdą Hablo konstancijai apskaičiuoti, naudodamas tolimiausią ir raudoniausiai perkeltą - mikrobangų foną. 2003 m. Zondas WMAP paskelbė savo pirmąjį žemėlapį, kuris parodė temperatūros svyravimų spektrus CMB. Šiame žemėlapyje buvo pateikta ne standartinė žvakė, o standartinis kriterijus: pirmykštėje sriuboje esančių karštų ir šaltų dėmių schema, kurią sukūrė garso bangos, siautinančios visoje naujagimio visatoje.
Padarius keletą šio sultinio ingredientų - pažįstamų dalelių, atomų ir fotonų, kai kurių papildomų nematomų medžiagų, tokių kaip tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos, pavidalą - WMAP komanda sugebėjo apskaičiuoti šių pirmykščių garso bangų fizinį dydį. Tai galima palyginti su akivaizdžiu garso bangų dydžiu, užfiksuotu CMB vietose. Šis palyginimas davė atstumą iki mikrobangų fono ir Visatos plėtimosi greičio reikšmę tuo pirminiu momentu. Remdamasi prielaidomis apie tai, kaip nuo to laiko pasikeitė įprastos dalelės, tamsi energija ir tamsiosios medžiagos, WMAP komanda sugebėjo suderinti konstantą su dabartine jos nuvertėjimo sparta. Iš pradžių jie išvedė 72 vertę pagal tai, ką nustatė Friedmanas.
Bet nuo to laiko astronominiai Hablo konstantos matavimai parodė didesnes vertes, nors paklaida sumažėjo. Naujausiose publikacijose „Riess“pažengė į priekį naudodamas infraraudonųjų spindulių fotoaparatą, 2009 m. Įdiegtą Hablo teleskopu, kuris gali nustatyti atstumus iki Paukščių Tako cefeidų ir išryškinti tolimiausius, raudonesnius giminaičius tarp neryškių žvaigždžių, kurios paprastai supa kefidus. Paskutinis „Riess“komandos duotas rezultatas buvo 73,24.
Tuo tarpu „Planck“misija (ESA), kuri parodė CMB didelę skiriamąją gebą ir padidintą temperatūros tikslumą, sustojo ties 67,8. Remiantis statistikos įstatymais, šie du dydžiai yra atskirti tarp 3.4 sigmos - ne 5 sigmos, kuri dalelių fizikoje kalba apie reikšmingą rezultatą, bet beveik. „Sunku tai paaiškinti statistine klaida“, - sako Chuckas Bennettas, Johns Hopkins universiteto astrofizikas, vadovavęs WMAP komandai.
Kiekviena pusė rodo pirštu į kitą. Kembridžo universiteto Plancko komandos pagrindinis kosmologas Georgas Ephstatiusas sako, kad Plancko duomenys yra „absoliučiai nepajudinami“. Nauja 2013 m. Plancko rezultatų analizė privertė jį susimąstyti. Jis atsisiuntė „Riesz“duomenis ir paskelbė savo analizę su mažesne ir mažiau tikslia Hablo konstanta. Jis tiki, kad astronomai griebėsi „nešvarių“kopėčių.
Atsakydami į tai, astronomai teigia atlikę realų šiuolaikinės visatos matavimą, nes CMB matavimo metodas remiasi daugeliu kosmologinių prielaidų. Jei jie nesusilieja, jie sako, kodėl gi nepakeitus kosmologijos? Vietoj to: „Georgas Efstacijus išeina ir sako, kad aš permąstysiu visus jūsų duomenis“, - sako Barry Madoras iš Čikagos universiteto, vyras ir Friedmano kolega nuo devintojo dešimtmečio. Ką daryti? Gordijaus mazgas turi būti supjaustytas.
Wendy Friedman tikėjo, kad jos 2001 m. Tyrimas atskleidė Hablo konstantą, tačiau diskusijos užvirė.
Astronomų pusėje yra metodas, vadinamas gravitaciniu lęšiu. Aplink masyvią galaktiką gravitacija pati iškraipo erdvę, sudarydama milžinišką lęšį, kuris gali iškreipti iš tolimojo šviesos šaltinio sklindančią šviesą kaip kvazarą. Jei objektyvo ir kvazaro padėtys yra tikros, šviesa pasuks keliais keliais link Žemės ir sukurs daugybę objektyvo galaktikos vaizdų. Jei jums pasisekė, kvazaro ryškumas pasikeis, tai yra, mirksės. Kiekvienas klonuotas vaizdas taip pat mirksės, bet ne tuo pačiu metu, nes kiekvieno vaizdo šviesos spinduliai per iškreiptą erdvę eina skirtingais keliais. Vėlavimas tarp mirgėjimo rodo kelio ilgio skirtumą; suderindami juos su galaktikos dydžiu, astronomai gali naudoti trigonometriją, kad apskaičiuotų absoliutų atstumą iki objektyvo galaktikos. Tik trys galaktikos buvo kruopščiai išmatuotos tokiu būdu, o dar šešios šiuo metu tiriamos. Sausio pabaigoje astrofizikė Sherri Suyu iš Makso Plancko astrofizikos instituto Vokietijoje ir jos kolegos paskelbė geriausius Hablo konstantos skaičiavimus. „Mūsų matmuo atitinka požiūrį į atstumą nuo kopėčių“, - sako Suyu.
Tuo tarpu kosmologai taip pat turi kozirius - baryoninius akustinius virpesius (BAO). Visatai bręstant, tos pačios garso bangos, kurios buvo įspaustos į CMB, paliko medžiagos gumulėlius, kurie išaugo į galaktikų grupes. Galaktikų vieta danguje turėtų išlaikyti pirminius garso bangų santykį ir, kaip ir anksčiau, palyginus matomą modelį su apskaičiuotu faktiniu dydžiu, nustatomas atstumas. Kaip ir CMB metodas, BAO metodas leidžia daryti kosmologinę prielaidą. Tačiau pastaruosius kelerius metus jis išlaikė Hablo konstantos vertybes, lygiavertes Planckui. Ketvirtasis „Sloan Digital Sky Survey“, visuotinio dangaus tyrimo, apimančio galaktikos žemėlapį, kartojimas padės patikslinti šiuos matavimus.
Tai nereiškia, kad komandos, varžančios nuotolių kopėčias, ir CMB tiesiog laukia kitų būdų išspręsti ginčą. Norėdami sutvirtinti atstumo kopėčių pagrindą, atstumą iki cefeidų Paukščių Take, Europos kosmoso agentūros „Gaia“misija bando nustatyti tikslius atstumus iki milijardo skirtingų netoliese esančių žvaigždžių, įskaitant cepeidus. Gaia, kuri aplink Žemę skrieja aplink Saulę, naudoja patikimiausią matavimą: paralaksą arba akivaizdų žvaigždžių poslinkį dangaus fono atžvilgiu, kai erdvėlaivis pasiekia priešingus savo orbitos taškus. Kai 2022 m. Bus išleistas visas „Gaia“duomenų rinkinys, tai suteiks papildomą pagrindą astronomų pasitikėjimui. Riesas, naudodamas preliminarius Gaia rezultatus, jau rado užuominų apie savo aukštesnę Hablo konstantą.
Kosmologai taip pat tikisi išmatuoti savo matavimus naudodami Atacama kosmologinį teleskopą Čilėje ir Pietų ašigalio teleskopą, kurie gali patikrinti didelio tikslumo Planko rezultatus. Ir jei rezultatai atsisako suartėti, tada teoretikai bandys užpildyti spragą. „Gerai, kai modelis sugenda. Modelio patvirtinimas nėra įdomus “.
Pvz., Į standartinį visatos modelį galima būtų įtraukti papildomą dalelę. CMB siūlo bendro energijos biudžeto sąmatą netrukus po Didžiojo sprogimo, kai jis buvo suskaidytas į materiją ir didelę energiją. Kaip matyti iš garsiosios Einšteino ekvivalentiškumo formulės E = mc2, energija veikė kaip materija, sulėtindama erdvės plėtimąsi savo gravitacija. Bet materija yra efektyvesnis stabdis. Laikui bėgant radiacija - šviesos fotonai ir kitos šviesos dalelės, tokios kaip neutrinai - atvėso ir prarado energiją, gravitacinis poveikis susilpnėjo.
Šiuo metu žinomi trys neutrinų tipai. Jei būtų ketvirtas, kaip siūlė kai kurie teoretikai, pradiniame Visatos energijos biudžete radiacijos pusėje būtų šiek tiek daugiau, ir ši dalis greičiau išsisklaidytų. Tai, savo ruožtu, reikštų, kad ankstyvoji visata išsiplėtė greičiau, nei prognozuoja šiuolaikinės kosmologijos ingredientų sąrašas. Ateityje šis papildymas galėtų suderinti du skirtingus rezultatus. Tačiau neutrinų detektoriai dar neatskleidė jokių užuominų apie 4 tipo neutrinus, o kiti Plancko matavimai apribojo bendrą perteklinės radiacijos kiekį.
Kitas variantas yra vadinamoji fantominė tamsiosios energijos energija. Tikri kosmologiniai modeliai reiškia nuolatinę tamsiosios energijos galią. Jei tam tikra energija laikui bėgant sustiprės, paaiškėtų, kodėl šiandien kosmosas plečiasi greičiau, nei būtų galima pagalvoti pažvelgus į ankstyvąją visatą. Tačiau kintama tamsi energija atrodo visiškai nereikalinga. Kosmologai ir astrofizikai linkę manyti, kad problemos slypi egzistuojančiuose metoduose, o ne naujoje fizikoje.
Friedmanas mano, kad vienintelis sprendimas - kovoti su ugnimi - slypi naujuose visatos stebėjimuose. Kartu su Madoru jie ruošiasi atlikti atskirą matavimą, kalibruotą ne tik cefeidams, bet ir kitų tipų kintamoms žvaigždėms bei ryškiai raudoniems milžinams. Artimiausi pavyzdžiai gali būti tiriami naudojant 30 centimetrų pločio automatinį teleskopą, o tolimiausi padės ištirti Hablo ir Špicerio kosminius teleskopus. Kai ji sugebės susidoroti su tamsiu ir žiauriu „Sandage“, ji yra pasirengusi atsakyti į drąsų „Plancko ir Rieszo“komandos iššūkį.
Jie sakė, kad klydome. Na, pažiūrėkime “, - juokauja ji.
ILYA KHEL