Астрономите кои го користеа вселенскиот телескоп Хабл на НАСА велат дека дошле до важна точка во откривањето несогласности меѓу двата главни методи за мерење на брзината на ширење на универзумот. Неодамнешното истражување го поткрепува тврдењето дека се потребни нови теории да се објаснат силите кои ја формирале вселената.
Мало потсетување: Универзумот се зголемува секоја секунда. Просторот помеѓу галаксиите се растегнува, како тесто во печка. Но, колку брзо се шири? Трудејќи се да го одговорат прашањево, Хабл и други телескопи како него наидоа на интригантна разлика меѓу предвидувањата и набљудувањата на научниците.
Мерењата на Хабл предлагаат стапка на ширење во модерниот универзум која е поголема од очекуваната, заснована на состојбата на универзумот пред 13 милијарди години. Овие мерења на раниот универзум доаѓаат од сателитот Планк на Европската вселенска агенција. Оваа несогласност беше утврдена во научни трудови низ последниве неколку години, но не е јасно дали причината за истата лежи во начините на мерење или во неколку несреќни мерења.
Најновите податоци од Хабл ја намалија шансата несогласувањето да е само некоја грешка на 1 од 100000, што е значајна придобивка од претходна проценка, дадена пред само една година, според која шансата беше 1 од 3000.
Овие досега најпрецизни мерења на Хабл ја засилуваат идејата дека се потребни нови физички концепти да се објасни ова несогласување.
„Хабловата тензија меѓу стариот и новиот универзум е можеби и најинтересното космолошко прашање во последниве децении,“ вели главниот истражувач и нобеловец Адам Рис од Вселенско-телескопскиот научен институт (Space Telescope Science Institute – STScI) и универзитетот Џонс Хопкинс во Балтимор, Мериленд. „Ова несогласување постојано расте и достигна точка во која веќе е невозможно да се отфрли како нерегуларност. Оваа разлика не би можела да се појави случајно.“
Затегнувајќи ги штрафовите на „космичката далечинска скала“
Научниците користат „космичка далечинска скала“ за да ја одредат далечината на нештата во универзумот. Овој метод зависи од прецизни мерења на оддалеченостите на блиски галаксии, по што се преминува на се подалечни и подалечни галаксии, користејќи ги нивните ѕвезди како обележувачи на одредени оддалечености. Астрономите ги користат овие вредности, заедно со други мерења на светлината од галаксиите која станува поцрвена додека поминува низ ширечкиот универзум, да пресметаат колку брзо космосот се шири со време, вредност позната како Хабловата константа. Рис и неговиот тим ЅН0ЕЅ (Supernovae H0 for the Equation of State) се стремат, уште од 2005, да ги префинат овие мерења со помош на Хабл и да ја наштелуваат Хабловата константа.
Во ова ново истражување, астрономите го искористија Хабл да набљудуваат 70 пулсирачки ѕвезди, наречени Цефеид променливи, во големиот Магеланов облак. Набљудувањата им помогнаа на астрономите повторно да ја изградат далечинската скала со подобрување на споредбата на Цефеидите со нивните подалечни братучеди во исти галаксии со супернови. Тимот на Рис ја намали маргината на точност во вредноста за нивната Хаблова константа на 1,9% од поранешно пресметување од 2,2%.
Ова е видикот на површински телескоп од Големиот Магеланов облак, галаксија-сателит на нашиот Млечен пат. Внатрешната слика, сликана од вселенскиот телескоп Хабл, открива едно од многуте ѕвездени јата растурени низ џуџестата галаксија. Меѓу членовите на ова јато е и специјална класа на пулсирачка ѕвезда наречена Цефеид променлива, која се осветлува и затемнува на предвидлив начин кој одговара со нејзината внатрешна светлост. Кога астрономите ќе ја одредат таа вредност, тие можат да ја измерат светлоста на овие ѕвезди за прецизно да ја пресметаат оддалеченоста на галаксијата во која се наоѓа. Кога новите набљудувања на Хабл, со неповрзана техника за мерење, се поистоветија со Големиот Магеланов облак (користејќи само тригонометрија), истражувачите ја зајакнаа основата на таканаречената „космичка далечинска скала.“ Ова „штелување“ значително ја усоврши точноста на стапката на ширење на универзумот, наречена Хаблова константа. Заслуги: НАСА, ЕСА, А. Рис (STScI/JHU) и Паломар дигитализирана небесна анкета
Како што мерењата на тиморт стануваа се подобри и подобри, нивната пресметка за Хабловата константа сепак не се совпадна со очекуваната вредност добиена од набљудувања на раното ширење на универзумот. Тие мерења беа изведени од сателитот Планк, кој ја мапира позадинската микробранова радијација на универзумот, заостанат сјај од 380000 години по Големата експлозија.
Мерењата се темелно испитани, така што астрономите не можат да ја припишат разликата меѓу двата резултати на грешка во некое од нив. Двете вредности се тестирано повеќепати.
„Ова не е само несогласност меѓу два експерименти,“ објасни Рис. „Мериме нешто суштински различно. Едното е мерка на брзината на ширење на универзумот каква што ја искусуваме денес. Другата е претпоставка основана на физиката на раниот универзум и на мерења кои кажуваат колку брзо универзумот треба да се шири. Ако овие вредности не се согласуваат, има голема можност да пропуштаме нешто во космолошкиот модел кој ги поврзува двете ери.
Начин на извршување на новото истражување
Астрономите ги имаат користено Цефеид променливите како космички обележувачи за мерење на блиски меѓугалактички далечини повеќе од век. Но обидот да се „наберат“ неколку од овие ѕвезди одзема толку време што е речиси недостижен. Затоа, тимот употреби итар нов метод наречен DASH (Drift And Shift), користејќи го Хабл како камера за брзо насочување и сликање со цел да брзо да ги слика екстремно светлите пулсирачки ѕвезди, што ја елиминира потребата за прецизно насочување, која инаку одзема многу време.
Оваа илустрација ги покажува трите основни чекори кои астрономите ги користат за да пресметаат колку брзо се шири универзумот, вредност наречена Хаблова константа. Сите чекори вклучуваат градење силна „космичка далечинска скала,“ со прецизно мерење на оддалеченоста на блиски галаксии, потоа преминувајќи на се подалечни и подалечни галаксии. Оваа „скала“ е низа на мерења на различни видови на астрономски објекти со внатрешна, сопствена светлина која астрономите можат да ја користат за да мерат далечини. Едни од најверодостојните објекти за помали оддалечености се Цефеид променливите, ѕвезди кои пулсираат на предвидлив начин кои покажува кон нивната внатрешна светлост. Астрономите неодамна го искористија вселенскиот телескоп Хабл да набљудуваат 70 Цефеид променливи во блискиот Голем Магеланов облак за да ја добијат најточната оддалеченост на таа галаксија. Астрономите ги споредуваат мерењата на блиски Цефеиди со мерењата на подалечни галаксии кои содржат уште едно космичко метро, експлодирачки ѕвезди наречени супернови од тип Iа. Овие супернови се многу посветли од Цефеид променливите. Астрономите ги користат овие ѕвезди како обележувачи при мерење на оддалеченоста на Земјата од далечни галаксии. Секој од овие обележувачи ја надоградува „скалата“ чекор по чекор. Со продолжување на скалата користејќи различни видови на веродостојни обележувачи на далечина, астрономите можат да достигнат големи далечини во универзумот. Астрономите ги споредуваат овие вредности со светлосните мерења на цела галаксија, која станува поцрвена како што се оддалечува заради еднообразното ширење на универзумот. Со тоа, астрономите можат да измерат колку брзо универзумот се шири: Хабловата константа. Заслуги: НАСА, ЕСА и А. Филд (STScI)
„Кога Хабл користи прецизно насочување со фокусирање на ѕвезди-водичи, може да набљудува само еден Цефеид во секоја 90-минутна орбита околу Земјата. Така, ќе не чини многу ако телескопот го набљудува секој Цефеид,“ објасни Стефано Касертано, друг член на тимот, исто така од STScI и универзитетот Џонс Хопкинс. „Наместо тоа, баравме групи од Цефеиди толку блиску една до друга што можеме да се движиме од една до друга без повторно да го калибрираме насочувањето на телескопот. Овие Цефеиди се толку светли што мораме да ги набљудуваме само околу две секунди. Оваа техника ни овозможува да набљудуваме десетина Цефеиди во времетраењето на една орбита. Така остануваме на жироскопска контрола додека брзаме наоколу.“
Астрономите на Хабл го споија својот резултат со други набљудувања направени од проектот Араукариа, соработка меѓу астрономи од институции во Чиле, САД и Европа. Оваа група направи мерења на оддалеченоста на Големиот Магеланов облак со набљудување на затемнувањето на светлината при поминувањето на една ѕвезда пред нејзиниот партнер во еклипсични бинарни системи.
Споените мерења му помогнаа на тимот на ЅН0ЕЅ да ја подобри вистинската светлина на Цефеидите. Со овој поточен резултат, тимот можеше да ги зајакне стегите на остатокот на далечинската скала, која продолжува во длабочините на вселената.
Новата проценка на Хабловата константа е 74 километри на секунда по мегапарсек. Ова значи дека на секои 3,3 милиони светлосни години оддалеченост меѓу нас и некоја галаксија, таа ќе изгледа како да се движи 74 км/сек побрзо, како последица на ширењето на универзумот. Оваа бројка покажува дека универзумот се шири 9% побрзо од предвидените 67 километри на секунда по мегапарсек, кои произлегуваат од Планковите набљудувања на раниот универзум, собрани со нашит сегашни сфаќања на универзумот.
Па, што може да го објасни ова несогласување?
Едно објаснување за разликата вклучува неочекувана појава на темна енергија во раниот универзум, за која се мисли дека е 70% од сегашниот универзум. Предложена од астрономи при Џонс Хопкинс, теоријата е наречена „рана темна енергија,“ и предлага дека универзумот се развил како драма во три чина.
Астрономите веќе ја имаат претпоставката дека темната енергија постоела во првите секунди по Големата експлозија, истуркувајќи материја низ просторот, започнувајќи го првичното ширење. Темната енергија е и можна причина за забрзаното проширување денес. Новата теорија предлага дека постоела трета епизода на темна енергија кратко по Големата експлозија, која го проширила универзумот побрзо од предвидувањата на астрономите. Постоењето на оваа „рана темна енергија“ би можело да биде изворот на тензијата меѓу двете вредности за Хабловата константа, вели Рис.
Друга идеа е дека универзумот содржи нова субатомска честичка кој патува со брзина блиска до онаа на светлината. Ваквите брзи честички заедно се нарекуваат „темна радијација“ и вклучуваат претходно познати честички како неутрината, кои се создаваат во нуклеарни реакции и радиоактивни распади.
Уште една привлечна можност е тоа што темната материја (невидлива форма на материја која не е направена од протони, неутрони и електрони) можеби заемодејствува со нормална материја или радијација посилно од очекуваното.
Но вистинското објаснување сеуште не е познато.
Рис нема одговор на овој излудувачки проблем, но неговиот тим ќе продолжи да го користи Хабл за да ја намали маргината на точност на Хабловата константа. Нивната цел е да се намали оваа маргина до 1%, што би требало да им помогне на астрономите да ја утврдат причината за несогласувањето.
Резултатите на тимот беа прифатени за издавање во Астрофизичкиот магазин.
Превод: Јоаким Јаковлески
Линк:nasa.gov
