Kiedy odkryliśmy, że wszechświat się rozszerza. Następnie następnym krokiem naukowym było określenie szybkości lub tempa tej ekspansji. Minęło ponad 80 lat, ale nadal nie osiągnęliśmy porozumienia w tej sprawie. Patrząc na największe kosmiczne skale i badając najstarsze sygnały - poświatę Wielkiego Wybuchu i wielkoskalowe korelacje galaktyk - otrzymaliśmy jedną liczbę: 67 km / s / Mpc.
Ale patrząc na poszczególne gwiazdy, galaktyki, supernowe i inne bezpośrednie wskaźniki otrzymujemy inną liczbę: 74 km / s / Mpc. Niepewności są bardzo małe: ± 1 do pierwszej liczby i ± 2 do drugiej liczby, a statystyczna szansa, że liczby te zostaną ze sobą uzgodnione, wynosi mniej niż 0,1%. Ta sprzeczność powinna była zostać rozwiązana dawno temu, ale utrzymuje się, odkąd po raz pierwszy odkryto ekspansję wszechświata.
W 1923 roku Edwin Hubble użył największego na świecie teleskopu do poszukiwania nowych gwiazd w innych galaktykach. Prawdopodobnie nie warto byłoby mówić „galaktyki”, ponieważ wówczas ludzkość nie była pewna niebiańskich spiral. Podczas badania największej z nich - M31, znanej obecnie jako Mgławica Andromedy - zobaczył pierwszą, a następnie drugą i trzecią nową. Ale czwarty pojawił się w tym samym miejscu co pierwszy, a to było niemożliwe, ponieważ nowe wymagają stuleci lub więcej, aby się naładować. Jego nowy pojawił się w niecały tydzień. Podekscytowany Hubble skreślił pierwsze napisane „N” i nadpisał „VAR!” Uświadomił sobie, że jest to gwiazda zmienna i od tego czasu istnieje fizyka gwiazd zmiennych. Hubble był w stanie obliczyć odległość do Andromedy. Pokazał, że znajduje się dokładnie poza Drogą Mleczną i jest oczywiście galaktyką. Był to najwspanialszy widok pojedynczej gwiazdy w historii astronomii.
Oryginalny LP Edwina Hubble'a ukazujący zmienną naturę gwiazdy w Andromedzie
Hubble kontynuował swoją pracę, obserwując gwiazdy zmienne w wielu galaktykach spiralnych. Wraz z ich przesuniętymi liniami widmowymi zaczął zauważać, że im dalej galaktyka znajduje się, tym szybciej się od nas oddala. Nie tylko odkrył to prawo - znane jako prawo Hubble'a - był pierwszym, który zmierzył tempo ekspansji: parametr Hubble'a. Liczba, którą otrzymał, była jednak duża. Bardzo duży. Tak duży, że gdyby to była prawda, wynikałoby z tego, że Wielki Wybuch wydarzył się zaledwie dwa miliardy lat temu. Oczywiście nikt by w to nie uwierzył, ponieważ mamy dowody geologiczne, że sama Ziemia ma ponad cztery miliardy lat.
Złożony obraz zachodniej półkuli Ziemi sprzed ponad 4 miliardów lat
Film promocyjny:
W 1943 roku astronom Walter Baade uważnie obserwował gwiazdy zmienne poza Drogą Mleczną i zauważył coś niezwykle ważnego: nie wszystkie zmienne cefeidy - typ, którego Hubble użył do określenia ekspansji Wszechświata - zachowują się tak samo. Zamiast tego były dwie różne klasy. I nagle okazało się, że stała Hubble'a wcale nie była tak duża, jak zdecydował Hubble.
Pomiary gwiazd zmiennych wykonane przez Waltera Baade'a w Andromedzie były najważniejszym dowodem na istnienie dwóch oddzielnych populacji cefeid i pozwoliły zredukować parametr Hubble'a do bardziej znaczącej wartości
Zamiast tego wszechświat rozszerzał się wolniej, co oznacza, że osiągnięcie obecnego stanu zajęło mu więcej czasu. Po raz pierwszy Wszechświat przewyższył wiek Ziemi i to był dobry znak. Z biegiem czasu dalsze udoskonalenia rosły, a wykładnik Hubble'a stopniowo malał, podczas gdy wiek Wszechświata nadal wzrastał. Ostatecznie wiek nawet najstarszych gwiazd zatonął wraz z wiekiem wszechświata.
Jak szacunki parametru Hubble zmieniały się w czasie
Na tym historia się nie kończy. Czy wiesz, dlaczego Kosmiczny Teleskop Hubble'a został tak nazwany? Nie dlatego, że została nazwana na cześć Edwina Hubble'a, który odkrył, że wszechświat się rozszerza. Raczej dlatego, że jego głównym zadaniem było zmierzenie parametru Hubble'a, czyli tempa, w jakim wszechświat się rozszerza. Przed wystrzeleniem teleskopu w 1990 roku istniały dwa obozy opowiadające się za zupełnie różnymi wszechświatami: jeden prowadzony przez Allana Sendage'a i wszechświat o szybkości ekspansji 50 km / s / Mpc i wieku 16 miliardów lat; druga znajduje się pod kierownictwem Gerarda de Vaucouleura i ma wszechświat o tempie ekspansji 100 km / s / Mpc i wieku poniżej 10 miliardów lat. Te dwa obozy były przekonane, że przeciwstawne obozy popełniały systematyczne błędy w pomiarach i że nie ma żadnego kompromisu. Głównym celem naukowym Kosmicznego Teleskopu Hubble'a było zmierzenie szybkości ekspansji raz na zawsze.
I osiągnął to. 72 ± 8 km / s / Mpc było końcowym wynikiem projektu. Obecnie jest jeszcze mniej błędów lub niedokładności, podobnie jak napięcie między dwiema różnymi metodami. Jeśli spojrzymy na Wszechświat w największych skalach, fluktuacje kosmicznego mikrofalowego tła i barionowe oscylacje akustyczne w skupiskach galaktyk, otrzymamy mniejszą liczbę: 67 km / s / Mpc. Nie jest to najkorzystniejszy wynik, ale wyższe wartości są całkiem możliwe.
Jeśli spojrzysz na bezpośrednie pomiary pojedynczych gwiazd w naszej galaktyce, a następnie na te same klasy gwiazd w innych galaktykach, a następnie na supernowe poza tym, otrzymasz wyższą wartość: 74 km / s / Mpc. Jednak systematyczny błąd w pomiarach pobliskich gwiazd, nawet błąd kilkuprocentowy, mógłby znacznie zmniejszyć tę liczbę, nawet do najniższej proponowanej wartości. Ponieważ misja ESA Gaia nadal mierzy paralaksę z niespotykaną dokładnością miliarda gwiazd w naszej galaktyce, napięcie to może ustąpić samoistnie.
Dziś dość dokładnie znamy współczynnik ekspansji Hubble'a, a dwie różne metody jego wydobywania wydają się dawać sprzeczne wartości. W tej chwili dzieje się wiele różnych wymiarów, a każdy obóz próbuje udowodnić swoją rację i znaleźć błędy drugiego. A jeśli historia nas czegoś nauczyła, możemy powiedzieć, że po pierwsze, dowiemy się czegoś nowego i interesującego o naturze naszego Wszechświata, kiedy ten problem zostanie rozwiązany, a po drugie, ten spór o tempo ekspansji z pewnością nie będzie. ostatni, ubiegły, zeszły.
ILYA KHEL
