Yeni veriler yine tartışmalara yol açtı: Evrenin genişlemesi ne kadar hızlı?
Yaklaşık bir asırdır, evrenin genişlediğini her zaman biliyorduk.
1929 gibi erken bir tarihte, Henrietta LeWitt ve diğerlerinin çalışmalarına dayanan Edwin Hubble, galaksilerin bizden uzaklaştığını keşfetti. O zamandan beri, evrenin genişleme oranını ölçmek için bir dizi yöntem geliştirdik. Bu yöntemlerin sonuçları biraz farklıdır, bu nedenle Hala evrenin ne kadar hızlı genişlediğini bilmiyoruz.
Şekil 1: Edwin Hubble. (© California Digital Library)
Evrenin genişleme oranını bilmek için, yalnızca fiziksel bir parametreyi ölçmemiz gerekir, yani " Hubble sabiti ". Hubble sabiti ne kadar büyükse, evrenin genişleme oranı o kadar büyük olur. Hubble sabitinin değerini bilerek, aynı zamanda evrenin yaşını da bilirsiniz. Zamanda geriye gitmeye devam ederseniz, evren sonunda sıcak ve yoğun bir noktaya ulaşacaktır. , Büyük patlama başladığında.
Şekil 2: Genişleyen evrenin tarihi: Geriye dönüp baktığımızda, sonunda evrenin bir başlangıcı olduğunu bulacağız. (Fotoğraf kredisi: NASA / CXC / M. Weiss.)
Evrende özel bir değişken yıldız vardır. Sefeid değişken yıldız , Işık değişim süresi parlaklığıyla orantılıdır, bu nedenle galaksilerin mesafesini ölçmek için kullanılabilir. Hubble, Cepheid değişken yıldızının parlaklığını ölçerek galaksinin uzaklığını elde etti ve galaksinin Visto Sliver tarafından kırmızıya kayma verileri ile birleştirilerek galaksinin uzaklığı ile kırmızıya kayma arasında kabaca bir ilişki elde etti. Buldu, Galaksi ne kadar uzaksa, kırmızıya kayma o kadar büyük Bu nedenle, bu galaksilerin daha yüksek uzaklaşma oranlarına sahip olduğu tahmin ediliyor.
Hubbleın ilk hesaplamaları, Hubble sabitinin yaklaşık 500 kilometre / (saniye · milyon parsek) olduğu sonucuna varmıştır, ancak bu değer doğrudan kozmolojik bir krize yol açmaktadır. Hubble tarafından ölçülen değer doğruysa, o zaman evrenin yaşı sadece 2 milyar yıldır ve jeolojik kanıtlar dünyanın yaşının yaklaşık 4 milyar yıl olduğunu gösteriyor. Dünya nasıl evrenden daha uzun süre dayanabilir?
Şekil 3: Gökbilimciler üç adımda Hubble sabitini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle ölçtüler. (Resim kaynağı: NASA, ESA, A. FEILD ve A. RIESS)
Elbette, o zamanlar mesafe ölçüm doğruluğumuz bugün olduğundan çok daha az doğruydu. Şimdi, Hubble sabiti ölçümümüz gittikçe daha doğru hale geldi.Bu değerin yaklaşık 70 kilometre / (saniye · milyon parsek) olduğu belirlendi, yani evrenin yaşı yaklaşık 14 milyar yıl.
Gökbilimciler, Hubble sabitini hesaplamak için farklı veri türleri kullanarak farklı yöntemler geliştirdiler ve hepsinin benzer sonuçları var. Bu, evrenin genişlediğinden emin olduğumuz ve genişleme oranını hesaplayabileceğimiz anlamına gelir. Bununla birlikte, bu farklı yöntemlerle elde edilen değerler genellikle tutarlı olsa da, tamamen tutarlı değildir.
Geçmişte ölçümü sürekli iyileştirdiğimiz ve hatayı daha da azalttığımız sürece bu farkın ortadan kalkacağını düşünmüştük. Ama aslında yeni bir sorunu ortaya çıkardı: farklı ölçüm yöntemleri farklı genişleme oranları verir. Bu, evrenin genişlemesi konusundaki anlayışımızın yanlış olabileceğini gösterir.
Şekil 4: Kozmik mesafe ölçeği (kırmızı) ile ölçülen Hubble sabiti, CMB (yeşil) ve BAO (mavi) ile ölçülen değerlerden farklıdır. (Resim kaynağı: "BARYON AKUSTİK OSİLASYON ÖLÇÜMLERİNİN KOZMOLOJİK UYGULAMALARI", AUBOURG, ÉRIC ET AL. PHYS.REV. D92 (2015) NO.12, 123516.)
2016 yılında, Nobel Ödülü sahibi Adam Riess liderliğindeki bir ekip, Cepheid değişken yıldızlarını araştırmak için Hubble Uzay Teleskobu'nu kullandı. Ia süpernova yazın Hassas ölçümler yaptıktan sonra, benzeri görülmemiş bir doğruluk elde ettiler (belirsizlik% 2,4'e düşürüldü) ve Hubble sabiti 73,23 ± 1,74 kilometre / (saniye · milyon saniye) idi.
Başka bir yol takip etmektir Mikrodalga arka plan radyasyonu (SPK) iniş ve çıkışlarla ilgilidir. CMB, Big Bang'den arta kalan termal radyasyondur .. SPK'nın sıcaklığı genel olarak hemen hemen aynı olmasına rağmen, küçük ölçekte sıcaklıkta hafif dalgalanmalar vardır. Evren yavaş yavaş genişledikçe, bu inişler ve çıkışlar uzayacak. Şekil 5'te gördüğünüz dalgalanmaların zirveleri, evrenin genişleme oranını belirler ve Hubble sabiti elde edilebilir. CMB'nin en doğru ölçümü Planck uydusundan gelir ve ölçülen değer 66,93 ± 0,62 kilometre / (saniye · milyon parsek) 'dir. Öte yandan, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ve büyük ölçekli galaksi kümeleri ( Baryon akustik salınımı , BAO) Ölçüme göre verilen değer 67.6 ± 0.7 km / (saniye · milyon parsek). CMB ve BAO tarafından ölçülen Hubble sabiti tutarlıdır.
Şekil 5: SPK'nın farklı ölçeklerdeki sıcaklık dalgalanmaları. (Resim kaynağı: NASA / WMAP)
Farklı yöntemlerin tutarsız sonuçları, mevcut evren modelinin sorunlu göründüğünü göstermektedir. Mevcut kozmolojik modelimizin adı LCDM modeli , Sıradan madde, karanlık madde ve karanlık enerji dahil. Bu ölçümler çok doğru olsa da, hepsi belirli varsayımlara dayanıyor.
Şimdi, gökbilimciler Hubble sabitini ölçmek için yeni bir yöntem kullanıyor ve sonuçlar hararetli tartışmalara neden oldu.
Şekil 6: Uzak bir arka plandaki galaksiden gelen ışık bize daha yakın bir galaksiden geçtiğinde, ışık bükülecek ve bu da birden fazla görüntü görmemize neden olacaktır. (Resim kaynağı: ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)
Hubble sabitini ölçmenin bu yeni yolu, Yerçekimi lensi Etki. Bilim adamları beş uzak kuasar gözlemlediler. Her bir kuasar ile dünya arasında devasa bir galaksi bulunur. Işık büyük bir galaksiden geçtiğinde, galaksi bir mercek gibi davranır ve geçen ışık bükülür. Bu nedenle, yalnızca uzaktaki bir kuasarın görüntüsünü değil, birden çok görüntüyü de göreceğiz (bkz. Şekil 6 ve 7).
Şekil 7: Yerçekimi mercek etkisi. (Resim kaynağı: ESA / Hubble, NASA)
Bu devasa galaksilerin kütleleri eşit olarak dağılmadığından, ışığın içlerinden geçerken bükülme derecesi de farklıdır. Bu nedenle, uzaktaki kuasar ışınlarının dünyaya ulaşma süresi de farklı yollardan dolayı değişecektir. Diğer bir deyişle, kuasarların bazı görüntüleri görüşümüze daha hızlı ulaşacak ve bazıları daha yavaş olacaktır. Bu etkiyi uzak süpernovalar üzerinde gördük, bu da bir süpernovanın on yıllar boyunca birden fazla "anında tekrarını" görmemizi sağlıyor.
Aynı zamanda kuasarın parlaklığı da değişecek, zamanın farklı noktalarında görüntüleri farklı şekilde titreyecektir.Bu titremenin aralığı, ışığın kat ettiği mesafeye bağlıdır. Işığın yayılma süresi evrenin genişleme hızına bağlı olduğundan, bilim adamları titreşim aralığını ölçerek Hubble sabitini hesaplayabilirler.
Buradaki anahtar Bu yöntem, modelin diğer parametrelerinden etkilenmez. Sıradan madde ve karanlık maddenin toplam miktarı gibi. Bu daha doğrudan bir ölçümdür ve bu nedenle modelin varsayımlarına dayanmaz. Son Hubble sabiti 71.9 ± 2.7 kilometre / (saniye · milyon parsek) 'dir.
Bu sonuç gökbilimciler tarafından Cepheid değişken yıldızları ve Tip Ia süpernovaları kullanılarak ölçülen değerlerle tutarlıdır, ancak CMB sonuçlarından oldukça farklıdır. Bu son değer modele daha az bağımlı olduğu için, bu bizi mevcut kozmolojik modeli sorgulamaya itiyor. SPK ve BAO'nun ölçülen değerleri neden diğerlerinden daha düşük? Henüz cevabı bilmiyoruz. Bu son sonuç şaşırtıcı olsa da Hubble sabit bulmacasını çözmüyor.
Mikro sinyale dikkat edin: principalia1687, daha fazla ilgili makaleyi görüntüleyebilirsiniz.
