1920. gados Edvīns Habls izteica revolucionāro atklāsmi, ka Visums atrodas paplašināšanās stāvoklī. Sākotnēji tas tika prognozēts kā Einšteina vispārējās relativitātes teorijas sekas, šis apstiprinājums noveda pie tā, kas kļuva pazīstams kā Habla konstante. Nodrošinošajās desmitgadēs un pateicoties nākamās paaudzes teleskopu izvietošanai - piemēram, trāpīgi nosauktajam Habla kosmosa teleskopam (HST) - zinātnieki ir bijuši spiesti pārskatīt šo likumu.
Īsāk sakot, spēja redzēt tālāk kosmosā (un dziļāk laikā) ļāva astronomiem veikt precīzākus mērījumus par to, cik strauji paplašinājās agrīnais Visums. Pateicoties jaunai aptaujai, izmantojot Hablu, starptautiska astronomu komanda spēja veikt visprecīzākos Visuma izplešanās ātruma mērījumus līdz šim.
Šo aptauju veica Supernova H0 valsts vienādojuma (SH0ES) komandai - starptautiskai astronomu grupai, kas kopš 2005. gada cenšas uzlabot Habla konstantes precizitāti. Grupu vada Adam Reiss no Kosmosa. Teleskopa zinātnes institūts (STScI) un Džona Hopkinsa universitāte, un tajā ir locekļi no Amerikas Dabas vēstures muzeja, Neila Bora institūta, Nacionālās optiskās astronomijas observatorijas un daudzām prestižām universitātēm un pētniecības iestādēm.
Pētījums, kurā aprakstīti viņu atklājumi, nesen parādījās Astrofizikas žurnāls zem nosaukuma “Ia tipa supernovas attālumi sarkanajā maiņā> 1,5 no Habla kosmiskais teleskops Vairāku ciklu kases programmas: agrīnais paplašināšanas ātrums “. Pētījuma dēļ un saskaņā ar ilgtermiņa mērķiem komanda mēģināja uzbūvēt jaunu un precīzāku “attāluma kāpnes”.
Šis rīks ir veids, kā astronomi tradicionāli mēra attālumus Visumā, kas sastāv no paļaušanās uz tādu attāluma marķieriem kā Cepheid mainīgie - pulsējošām zvaigznēm, kuru attālumus var secināt, salīdzinot to iekšējo spilgtumu ar šķietamo spilgtumu. Pēc tam šos mērījumus salīdzina ar to, kā gaisma no attāluma galaktikām tiek pārsūtīta, lai noteiktu, cik strauji paplašinās telpa starp galaktikām.
No tā izriet Habla konstante. Lai izveidotu savas tālās kāpnes, Riess un viņa komanda veica parallaksa mērījumus, izmantojot Habla platā lauka kameru 3 (WFC3) no astoņām nesen analizētām Kefeida mainīgajām zvaigznēm Piena Ceļā. Šīs zvaigznes atrodas apmēram 10 reizes tālāk nekā jebkurš iepriekš pētīts - no 6000 līdz 12 000 gaismas gadu attālumā no Zemes - un pulsē ar lielākiem intervāliem.
Lai nodrošinātu precizitāti, kas ņemtu vērā šo zvaigžņu viļņus, komanda izstrādāja arī jaunu metodi, kurā Habls četrus gadus ik pēc sešiem mēnešiem mēra zvaigznes stāvokli tūkstoš reizes minūtē. Pēc tam komanda salīdzināja šo astoņu zvaigžņu spilgtumu ar attālākiem cefeīdiem, lai pārliecinātos, ka viņi precīzāk varētu aprēķināt attālumus līdz citām galaktikām.
Izmantojot jauno paņēmienu, Habls spēja uztvert šo zvaigžņu stāvokļa izmaiņas attiecībā pret citām, kas to ļoti vienkāršoja. Kā Riess paskaidroja NASA paziņojumā presei:
“Šī metode dod iespēju atkārtot iespēju izmērīt ārkārtīgi niecīgos pārvietojumus paralaksa dēļ. Jūs mēra attālumu starp divām zvaigznēm ne tikai vienā kameras vietā, bet arī tūkstošiem reižu, samazinot mērīšanas kļūdas. ”
Salīdzinot ar iepriekšējiem apsekojumiem, komanda spēja paplašināt analizēto zvaigžņu skaitu līdz 10 reizēm tālāk. Tomēr to rezultāti bija pretrunā arī ar rezultātiem, ko ieguva Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) satelīts Planck, kurš kopš tā izvietošanas 2009. gadā ir mērījis kosmisko mikroviļņu fonu (CMB) - Lielā sprādziena radīto pārpalikuma starojumu.
Kartējot CMB, Planks spēja izsekot kosmosa izplešanos agrīnā Visuma laikā - aptuveni. 378 000 gadu pēc Lielā sprādziena. Planka rezultāts prognozēja, ka Habla nemainīgajai vērtībai tagad vajadzētu būt 67 kilometriem sekundē uz megaparseku (3,3 miljoni gaismas gadu), un tā nedrīkstētu būt augstāka par 69 kilometriem sekundē uz megaparseku.
Balstoties uz viņu sacīto, Riess komanda ieguva vērtību 73 kilometri sekundē uz megaparseku, kas ir 9% neatbilstība. Būtībā to rezultāti norāda, ka galaktikas pārvietojas ar lielāku ātrumu, nekā to liek domāt agrīnā Visuma novērojumi. Tā kā Habla dati bija tik precīzi, astronomi nevar noraidīt atšķirību starp abiem rezultātiem kā kļūdas vienā mērījumā vai metodē. Kā skaidroja Reiss:
“Sabiedrība patiešām cīnās ar izpratni par šīs neatbilstības nozīmi ... Abi rezultāti ir pārbaudīti vairākos veidos, tādējādi liedzot virkni nesaistītu kļūdu. arvien vairāk ticams, ka tā nav kļūda, bet gan Visuma iezīme. ”
Tāpēc šie jaunākie rezultāti liek domāt, ka Visumā varētu darboties kāds iepriekš nezināms spēks vai kāda jauna fizika. Paskaidrojumu izteiksmē Reiss un viņa komanda ir piedāvājuši trīs iespējas, kurām visām ir sakars ar 95% Visuma, ko mēs neredzam (t.i., tumšā matērija un tumšā enerģija). 2011. gadā Reiss un vēl divi zinātnieki saņēma Nobela prēmiju fizikā par 1998. gada atklājumu, ka Visumam ir paātrināta izplešanās pakāpe.
Saskaņā ar to viņi liek domāt, ka tumšā enerģija varētu izcelt galaktikas, palielinoties spēkam. Vēl viena iespēja ir tāda, ka tur atrodas neatklāta subatomiska daļiņa, kas ir līdzīga neitrīnam, bet mijiedarbojas ar normālo vielu gravitācijas, nevis subatomisko spēku vietā. Šie “sterilie neitrīni” varētu pārvietoties tuvu gaismas ātrumam, un tos kopumā varētu dēvēt par “tumšo starojumu”.
Jebkura no šīm iespējām nozīmētu, ka agrīnā Visuma saturs bija atšķirīgs, tādējādi liekot pārdomāt mūsu kosmoloģiskos modeļus. Pašlaik Riesam un kolēģiem nav atbilžu, taču viņi plāno turpināt precizēt savus mērījumus. Līdz šim SHoES komanda ir samazinājusi Habla konstantes nenoteiktību līdz 2,3%.
Tas saskan ar vienu no Habla kosmiskā teleskopa galvenajiem mērķiem, kas bija palīdzēt samazināt Habla konstantes nenoteiktības vērtību, kurai aprēķini reiz mainījās ar koeficientu 2.
Tātad, kaut arī šī neatbilstība paver durvis jauniem un izaicinošiem jautājumiem, tā arī ievērojami samazina mūsu nenoteiktību, kad runa ir par Visuma mērīšanu. Galu galā tas uzlabos mūsu izpratni par to, kā Visums attīstījās pēc tam, kad tas tika izveidots ugunīgā kataklizmā pirms 13,8 miljardiem gadu.
