gov-civil-vilareal.ptKako hitro se vesolje širi? Odgovor je odvisen od tega, kako ga merite, in to je problem
>Vesolje se širi.
Vau, še vedno mi je všeč, da to lahko zapišem. To je tako čudovita, kompaktna in preprosta izjava, ki pa ima tako globoke posledice, da bodo morda minila desetletja, preden jih vse razumemo. In že stoletje vemo, da je to res.
Je pa res. Imamo veliko neodvisnih dokazov, ki dokazujejo, da je tako. To pomeni, da je bilo vesolje v preteklosti manjše, in če uro premaknete nazaj za približno 13,8 milijard let, ugotovite, da je bilo vse v vesolju stisnjeno v eno, neverjetno vročo in gosto točko. Ponovno zaženite uro naprej in dobili boste začetne trenutke vesolja: veliki pok.
Zelo pomembno vprašanje, ki se naravno pojavi, je: Kako hitro ali se vesolje širi? Izkazalo se je, da se oddaljenejši objekti hitreje oddaljujejo od nas, zato za opis širitve uporabimo liho enoto: hitrost na razdaljo. Dvojna razdalja in hitrost, ki jo predmet umakne, se podvoji.
sierra burgess je poraženec pregled
Ta številka v astronomiji ima ime: Hubblova konstanta. Edwin Hubble ga je poskušal izračunati že v začetku 20. stoletja in od takrat smo ga lahko precej izboljšali. To je približno 70 kilometrov na sekundo na megaparsek (megaparsek ali Mpc je milijon parcev ali 3,26 milijona svetlobnih let; za primerjavo, galaksija Andromeda je od nas oddaljena le 1 Mpc). Torej, v vesolju, ki se prosto širi, se bo objekt, oddaljen 1 Mpc, oddaljil od vas s hitrostjo 70 km/s. Predmet, oddaljen 10 Mpc, bo pobegnil s hitrostjo 700 km/s itd.
Čudno, kajne? Tu pa stvari pridejo res čudno. Obstaja veliko različnih načinov za merjenje Hubblove konstante. Eden je, da to storimo lokalno, tako da pogledamo bližnje galaksije, merimo tako njihove razdalje kot hitrosti. Na voljo imamo veliko načinov za merjenje obojega (o tem se bom malo pogovarjal v trenutku). Ko to storite, dobite Hubblovo konstanto 73 km/s/Mpc.
Drug način je, da pogledate zgodaj Vesolje, pri stvareh zelo daleč. Približno 375.000 let po nastanku vesolja, se je dovolj razširil, da je postal pregleden . Še vedno je bilo vroče, zdaj pa danes vidimo, da preostala toplota prežema celotno nebo. Ko se je vesolje še naprej širilo, se je toplota ohladila (o tem si lahko mislite tudi kot o svetlobi iz te ognjene krogle rdeče premaknjen ko se vesolje širi od nas). Zdaj ga vidimo kot neprekinjen sijaj mikrovalov, kamor koli pogledamo.
Če natančno preučimo ta sijaj, lahko veliko izvemo o takratnih razmerah vesolja. Hubblovo konstanto lahko izračunamo tudi na ta način in število, ki ga dobite, je približno 67 km/s/Mpc.
Hm. Počakaj. Ti dve številki sta različni. To je nerodno.
Res je. In postaja še slabše. Vse lokalne metode dobijo večje število, vse oddaljene, zgodnje vesolje pa manjše. Kot da se vesolje ne strinja s samim seboj.
Kot da bi zgradili most čez kanjon, začenši na obeh koncih, le da se ne bi srečali na sredini. Malo me spominja na risbo M. C. Escherja 'Belvedere'. Nima smisla.
Ikonični 'Belvedere' M. C. Escherja, paradoksalna zgradba, v kateri je perspektiva neverjetno popačena. Kredit: M. C. Escher
Pravzaprav, ko so bile te številke prvič ugotovljene, niso bile tako daleč, ker je bila negotovost pri meritvah velika. Hubblove konstante nekaj časa nismo poznali s faktorjem dva. Ko pa so se meritve izboljševale, smo začeli opazovati, da se ločujejo.
Tukaj se stvari zabavajo: Nov projekt je poskušal ukoreniniti lokalno številko. Vodil ga je stari prijatelj in kolega študent Adam Riess (ki je pripomogel k ugotovitvi, da se univerzalna širitev pospešuje - več o to v sekundi - in zaslužil nekaj vrednih priznanj zaradi tega). S pomočjo vesoljskega teleskopa Hubble so si ogledali zelo specifično vrsto zvezde, imenovano spremenljivka Cefeida. Te zvezde se sčasoma širijo in krčijo ter s tem postajajo svetlejše in temnejše. Pred stoletjem so odkrili, da je obdobje, ki ga potrebujejo, da se razsvetlijo in zatemnijo, vezano na skupno količino energije, ki jo oddajajo.
To je ogromno: to pomeni, da če lahko izmerite njihovo obdobje, lahko ugotovite njihovo svetilnost. Če merite, kako svetli so, lahko ugotovite njihovo razdaljo ! To je ključnega pomena, saj vidimo cefeide v drugih galaksijah, kar pomeni, da nam dajejo metodo za določanje razdalj do teh galaksij. Pravzaprav je Hubblova ekipa to uporabila za določitev razdalj do nekaterih bližnjih galaksij v dvajsetih letih prejšnjega stoletja.
Riessova ekipa je pogledala pri sedmih cefeidah v naši galaksiji Rimska cesta in merili ne le, kako svetle so bile, ampak tudi njihovo paralakso, njihovo navidezno spremembo položaja, ko se Zemlja giblje okoli Sonca (za podrobnosti lahko predlagam ogled 'Astronomija tečaja nesreče: razdalje' ?). Z merjenjem tega premika v več letih lahko dobijo zelo natančne razdalje za te zvezde.
Druga prednost je, da s pomočjo Hubbla opazujemo te cefeide v drugih galaksijah, tako da so vsa opažanja enakomerna; težje je doseči vse dosledno, če uporabljaš različne opazovalnice.
Eno od spremenljivk cefeide, S Vulpeculae, opazili s pomočjo Hubbla. Ugotovljeno je bilo, da je njegova razdalja 10.124 svetlobnih let od Zemlje. Za umerjanje meritev razdalje so bile uporabljene druge označene zvezde. Kredit: Riess et al.
Tako je to novo delo lahko zaostrilo meritve razdalje do teh Cefeid Rimske ceste, ki segajo od približno 5500 do 12 000 svetlobnih let. Z uporabo teh boljših meritev za nato zagon razdalje do ekstragalaktičnih Cefeid, je Riessova ekipa ugotovila, da je lokalna vrednost Hubblove konstante 73,48 ± 1,66 km/s/Mpc, kar je sprememba za približno 4% od stare vrednosti.
Še pomembneje pa je, da so znižali negotovost v tej vrednosti, kar pomeni, da menimo, da je ta vrednost natančnejša. To pa pomeni, da je najnižja vrednost, ugotovljena z zgodnjimi meritvami vesolja, res je drugačen. Ne gre samo za to, da so naše meritve tresoče; vesolje nam res govori, da so bile takrat stvari drugačne. Verjetnost, da je to posledica naključja ali nečesa, je približno 1 na 4.600. Bom vzel to stavo. To je resnično.
Kaj vse to pomeni? Na kratko, to pomeni, da se vesolje zdaj širi hitreje kot v preteklosti. Da bi bilo jasno, to smo že vedeli : Astronomi so odkrili, da se je univerzalna širitev pospešila že leta 1998 (Riess je bil v eni od dveh neodvisnih skupin, ki sta to ugotovili). Zdi pa se, da ti novi rezultati kažejo, da je pospešek še višji, kot smo mislili.
To je ultra globoko polje Hubble in skoraj vse, kar vidite v njem, je oddaljena galaksija, milijarde svetlobnih let stran. Kredit: NASA, ESA, H. Teplitz in M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Državna univerza v Arizoni) in Z. Levay (STScI)
Kaj torej počne to pomeni? To je dobro vprašanje, na katerega je preveč možnih odgovorov. Možno je, da je temna energija, čudna entiteta za pospeškom, močnejša od pričakovane. Morda s časom raste; to je ideja, ki se že nekaj časa premetava. Stvar je v tem, da preprosto ne vemo, kaj za vraga je temna energija je , iz česa je izdelan ali kako se obnaša. Ta nova opažanja bi lahko pomagala.
Lahko pa je še kaj drugega. Temna snov Pri tem sodeluje tudi: neka oblika snovi, za katero menimo, da se ne igra dobro z normalno snovjo in svetlobo, zato je nemogoče videti neposredno. V vesolju faktor 5 presega običajno snov in vemo, da je tam zunaj. Če pa se obnaša na kakšen nenavaden način, kot je morda le malo interakcija z normalno snovjo, bi to lahko spremenilo razvoj Vesolja samega sčasoma.
Tukaj je stvar: Ne vemo . Vse to je precej novo in potisne našo opremo in naše teorije do meja. Zato se to še vedno zabija. Ne pozabite, da smo vedeli, da obstajajo druge galaksije že približno sto let in da se širitev pospešuje zadnjih 20 let. To šele začenjamo ugotavljati.
Moj najljubši del pri vsem tem pa je, da smo mi volja ugotoviti. To počnejo ljudje; to počne znanost. Vesolje je precej zmedeno mesto in naši možgani niso prav razviti, da bi se o njih udobno razmišljali. Toda prav zato imamo znanost, ki nam pomaga razumeti. Združite to z matematiko, inženiringom in našo neustavljivo, nenasitno radovednostjo in celo vesoljem samim, ki nam bo izdal svoje skrivnosti.
Vesolje se vsak dan hitreje širi, prav tako pa tudi naša sposobnost, da ga nadaljujemo. Se bomo dohiteli.
