Jak największa tajemnica Wszechświata wstrząsnęła naukowcami z całego świata.
Kosmologowie stają przed poważnym problemem naukowym, który wskazuje na niedoskonałość ludzkiej wiedzy o Wszechświecie. Złożoność dotyczy tak pozornie błahej rzeczy, jak tempo ekspansji Wszechświata. Faktem jest, że różne metody wskazują na różne znaczenia - i jak dotąd nikt nie jest w stanie wyjaśnić tej dziwnej rozbieżności.
Kosmiczna tajemnica
Obecnie standardowy model kosmologiczny „Lambda-CDM” (ΛCDM) najdokładniej opisuje ewolucję i strukturę Wszechświata. Zgodnie z tym modelem Wszechświat ma niezerową dodatnią stałą kosmologiczną (człon lambda), która powoduje przyspieszoną ekspansję. Ponadto ΛCDM wyjaśnia obserwowaną strukturę KMPT (kosmiczne mikrofalowe tło), rozmieszczenie galaktyk we Wszechświecie, obfitość wodoru i innych lekkich atomów oraz samą szybkość rozszerzania się próżni. Jednak poważna rozbieżność w tempie ekspansji może wskazywać na potrzebę radykalnej zmiany modelu.
Fizyk teoretyk Vivian Poulin z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych i Laboratorium Wszechświata i Cząstek w Montpellier twierdzi, że oznacza to, co następuje: w młodym wszechświecie wydarzyło się coś ważnego, o czym jeszcze nie wiemy. Być może było to zjawisko związane z nieznanym typem ciemnej energii lub nowym rodzajem cząstek subatomowych. Jeśli model weźmie to pod uwagę, rozbieżność zniknie.
U progu kryzysu
Film promocyjny:
Jednym ze sposobów określenia tempa rozszerzania się Wszechświata jest badanie tła mikrofalowego - promieniowania reliktowego, które pojawiło się 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. ΛCDM może służyć do wyprowadzenia stałej Hubble'a poprzez pomiar dużych fluktuacji w CMB. Okazało się, że wynosi on 67,4 kilometrów na sekundę na każdy megaparsek, czyli około trzech milionów lat świetlnych (przy takiej prędkości obiekty odległe w odpowiedniej odległości odbiegają od siebie). W tym przypadku błąd wynosi tylko 0,5 kilometra na sekundę na megaparsek.
Jeśli uzyskamy mniej więcej tę samą wartość inną metodą, potwierdzi to słuszność standardowego modelu kosmologicznego. Naukowcy zmierzyli pozorną jasność standardowych świec - obiektów, których jasność jest zawsze znana. Takimi obiektami są na przykład supernowe typu Ia - białe karły, które nie mogą już wchłaniać materii z dużych gwiazd towarzyszących i eksplodują. Dzięki pozornej jasności standardowych świec możesz określić odległość do nich. Równolegle można zmierzyć przesunięcie ku czerwieni supernowych, czyli przesunięcie długości fal światła do czerwonego obszaru widma. Im większe przesunięcie ku czerwieni, tym większa prędkość, z jaką obiekt jest usuwany z obserwatora.
W ten sposób możliwe staje się określenie szybkości rozszerzania się Wszechświata, która w tym przypadku okazuje się równa 74 kilometrów na sekundę na każdy megaparsek. Nie zgadza się to z wartościami uzyskanymi z ΛCDM. Jednak jest mało prawdopodobne, aby błąd pomiaru mógł wyjaśnić tę rozbieżność.
Według Davida Grossa z Kavli Institute for Theoretical Physics na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych taką rozbieżność nie nazwanoby problemem, ale kryzysem. Jednak wielu naukowców nie zgodziło się z tą oceną. Sytuację komplikowała inna metoda, również oparta na badaniach wczesnego Wszechświata, a mianowicie barionowe oscylacje akustyczne - oscylacje w gęstości widzialnej materii wypełniającej wczesny Wszechświat. Drgania te są powodowane przez plazmowe fale akustyczne i zawsze mają znane wymiary, dzięki czemu wyglądają jak standardowe świece. W połączeniu z innymi pomiarami dają stałą Hubble'a zgodną z ΛCDM.
Nowy model
Istnieje możliwość, że naukowcy popełnili błąd, używając supernowych typu Ia. Aby określić odległość do odległego obiektu, musisz zbudować drabinę dystansową.
Pierwszym stopniem tej drabiny są cefeidy - gwiazdy zmienne z dokładną zależnością okresu-jasności. Używając cefeid, możesz określić odległość do najbliższej supernowej typu Ia. W jednym z badań zamiast cefeid zastosowano czerwone olbrzymy, które na pewnym etapie życia osiągają maksymalną jasność - tak samo jest u wszystkich czerwonych olbrzymów.
W rezultacie stała Hubble'a okazała się równa 69,8 kilometrów na sekundę na megaparsek. Nie ma kryzysu - mówi Wendy Freedman z University of Chicago, jedna z autorek artykułu.
Ale to stwierdzenie również zostało zakwestionowane. Współpracownicy H0LiCOW zmierzyli stałą Hubble'a za pomocą soczewkowania grawitacyjnego, efektu, który występuje, gdy masywne ciało zakrzywia promienie od odległego obiektu za nim. Te ostatnie mogą być kwazarami - jądrem aktywnych galaktyk zasilanych przez supermasywną czarną dziurę. Dzięki soczewkom grawitacyjnym jednocześnie może pojawić się kilka obrazów jednego kwazara. Mierząc migotanie tych obrazów, naukowcy uzyskali zaktualizowaną stałą Hubble'a wynoszącą 73,3 kilometrów na sekundę na megaparsek. Jednocześnie naukowcy do ostatniej chwili nie znali możliwego wyniku, co wyklucza możliwość oszustwa.
Wynik pomiaru stałej Hubble'a z naturalnych maserów powstałych, gdy gaz obraca się wokół czarnej dziury, wyniósł 74 kilometry na sekundę na megaparsek. Inne metody dawały 76,5 i 73,6 kilometrów na sekundę na megaparsek. Problemy pojawiają się również przy pomiarze rozmieszczenia materii we Wszechświecie, ponieważ soczewkowanie grawitacyjne daje inną wartość niż pomiary mikrofalowego tła.
Jeśli okaże się, że rozbieżność nie wynika z błędów pomiaru, to nowa teoria będzie musiała wyjaśnić wszystkie dostępne obecnie dane. Jednym z możliwych rozwiązań jest zmiana ilości ciemnej energii powodującej gwałtowne rozszerzanie się wszechświata. Chociaż większość naukowców opowiada się za obejściem bez aktualizacji fizyki, problem pozostaje nierozwiązany.
PS
Ale jeśli chodzi o to, co widzimy * (przy pomocy teleskopów i instrumentów), światło dawno zgaszonych gwiazd jest wykluczone, ale dlaczego?
Przecież światło gwiazdy docierające do nas w czasie - można policzyć … (obliczyć) nie dokładnie, ale w przybliżeniu. Oznacza to, że to, co już dziś widzimy w miejscu pozornie jasnej gwiazdy, może być po prostu pustą przestrzenią. Gwiazdy już nie ma i obserwujemy jej światło.
Aby zrozumieć uniwersalne odległości, obejrzyj ten materiał wideo:
Siedzisz i myślisz po obejrzeniu tych filmów, ale kim MY jesteśmy, czym MY jesteśmy?
Myślimy
Wierzymy, że …
Rozumiemy
Ech…
Autor: Slavik Yablochny