В тот момент, когда мы думаем, что понимаем Вселенную довольно хорошо, приходят астрономы, которые все разрушают. В этом случае что-то существенное для всего, что мы знаем и видим, перевернулось с ног на голову: скорость расширения самой Вселенной, известная как постоянная Хаббла.
Группа астрономов, использующих телескоп Хаббла, определила, что скорость расширения на пять-девять процентов выше, чем измеренная ранее. Константа Хаббла - это не какая-то любопытная вещь, которая может быть отложена до следующего прогресса в измерении. Это неотъемлемая часть самой природы всего сущего.
«Это удивительное открытие может стать важным ключом к пониманию тех таинственных частей вселенной, которые составляют 95 процентов всего и не излучают свет, таких как темная энергия, темная материя и темное излучение», - сказал руководитель исследования и нобелевский лауреат Адам Рисс из Научного института космического телескопа и Университета Джона Хопкинса, оба в Балтиморе, штат Мэриленд.
Но прежде чем мы углубимся в последствия этого исследования, давайте немного вернемся назад и посмотрим, как измеряется постоянная Хаббла.
Измерение скорости расширения Вселенной - сложное дело. Используя изображение вверху, оно работает так:
- В Млечном Пути телескоп Хаббла используется для измерения расстояния до переменных Цефеид, типа пульсирующей звезды. Для этого используется параллакс, а параллакс - это основной инструмент геометрии, который также используется при съемке. Астрономы знают, какова истинная яркость цефеид, поэтому сравнение их с их видимой яркостью от Земли дает точное измерение расстояния между звездой и нами. Их скорость пульсации также точно настраивает расчет расстояния. По этой причине переменные цефеиды иногда называют «космическими критериями».
- Затем астрономы обращают свое внимание на другие близлежащие галактики, которые содержат не только переменные Cepheid, но также сверхновую типа 1a, еще один хорошо изученный тип звезды. Эти сверхновые, которые, конечно, являются взрывающимися звездами, являются еще одним надежным критерием для астрономов. Расстояние до этих галактик получается с помощью цефеид для измерения истинной яркости сверхновых.
- Затем астрономы указывают Хабблу на галактики, которые находятся еще дальше. Они настолько далеки, что никаких цефеид в этих галактиках не видно. Но сверхновые типа 1а настолько яркие, что их можно увидеть даже на таких огромных расстояниях. Затем астрономы сравнивают истинную и кажущуюся яркость сверхновых, чтобы измерить расстояние, на котором можно увидеть расширение Вселенной. Свет от далеких сверхновых «смещается в красный цвет» или растягивается расширением пространства. Когда измеренное расстояние сравнивается со красным смещением света, оно дает измерение скорости расширения Вселенной.
- Сделайте глубокий вдох и прочитайте все это снова.
Большая часть всего этого заключается в том, что у нас есть еще более точное измерение скорости расширения Вселенной. Неопределенность в измерении снижается до 2,4%. Сложность состоит в том, что эта скорость расширения современной Вселенной не соответствует измерениям ранней Вселенной.
Скорость расширения ранней Вселенной получается из оставшегося излучения Большого взрыва. Когда это космическое послесвечение измеряется микроволновым зондом анизотропии Уилкинсона (WMAP) НАСА и спутником Планка ЕКА, оно дает меньшую скорость расширения. Таким образом, эти два не выстраиваются в линию. Это похоже на строительство моста, где строительство начинается с обоих концов и должно выстроиться в линию к тому времени, когда вы доберетесь до середины. (Предостережение: я понятия не имею, построены ли мосты таким образом.)
«Вы начинаете с двух концов, и вы ожидаете встретиться посередине, если все ваши рисунки верны и ваши измерения верны», - сказал Рисс. «Но сейчас концы не совсем сходятся посередине, и мы хотим знать, почему».
«Если мы знаем начальные количества вещества во вселенной, такие как темная энергия и темная материя, и у нас правильная физика, тогда вы можете перейти к измерению в то время, вскоре после большого взрыва, и использовать это понимание, чтобы предсказать, как скоро Вселенная должна расширяться сегодня », - сказал Рисс. «Однако, если это несоответствие сохраняется, кажется, что у нас может быть неправильное понимание, и оно меняет, насколько велика должна быть постоянная Хаббла сегодня».
Почему это не все складывается - это забавная и, возможно, сводящая с ума часть этого.
То, что мы называем Темной Энергией, является силой, которая управляет расширением Вселенной. Темная энергия становится сильнее? Или как насчет Dark Matter, который составляет большую часть массы во Вселенной. Мы знаем, что мало что знаем об этом. Может быть, мы знаем даже меньше, и его природа меняется со временем.
«Мы так мало знаем о темных частях Вселенной, важно измерить, как они толкают и тянут космическое пространство в течение космической истории», - сказал Лукас Макри из Техасского университета A & M в Колледж-Стейшн, ключевой сотрудник исследования.
Команда все еще работает с Хабблом, чтобы уменьшить неопределенность в измерениях скорости расширения. Такие инструменты, как космический телескоп Джеймса Уэбба и Европейский экстремально большой телескоп, могут помочь еще больше улучшить измерения и помочь решить эту неотразимую проблему.
