1920. aastatel tegi Edwin Hubble murrangulise avalduse, et universum on laienemisseisundis. Kui algselt ennustati seda Einsteini üldise relatiivsusteooria teooria tagajärjel, viis see kinnitus selleni, mida hakati nimetama Hubble'i konstandiks. Kindlustavate aastakümnete jooksul ja tänu järgmise põlvkonna teleskoopide kasutuselevõtule - nagu tabavalt nimetatud Hubble'i kosmoseteleskoop (HST) - on teadlased olnud sunnitud seda seadust läbi vaatama.
Lühidalt, viimastel aastakümnetel on võime näha kosmosest kaugemal (ja ajas sügavamal) astronoomidel võimalik teha täpsemaid mõõtmisi selle kohta, kui kiiresti varajane universum laienes. Ja tänu uuele uuringule, mis tehti Hubble'i abil, on rahvusvaheline astronoomide meeskond suutnud tänased kõige täpsemad mõõtmised universumi paisumiskiiruse kohta.
Seda uuringut viis läbi Supernova H0 riigi võrrandi (SH0ES) meeskond, rahvusvaheline astronoomide rühm, kes on Hubble'i konstandi täpsuse täpsustamiseks püüdnud alates 2005. aastast. Rühma juhib Adam Reiss of Space Teleskoobi teadusinstituut (STScI) ja Johns Hopkinsi ülikool ning sinna kuuluvad Ameerika loodusloomuuseumi, Neils Bohri instituudi, riikliku optilise astronoomia vaatluskeskuse ning paljude mainekate ülikoolide ja teadusasutuste liikmed.
Nende järeldusi kirjeldav uuring ilmus hiljuti Astrofüüsikaline ajakiri pealkirja all "Ia tüübi supernova vahemaad punases nihkes> 1,5 Hubble'i kosmoseteleskoop Mitmetsüklilised riigikassa programmid: varase laienemise määr “. Uuringute huvides ja kooskõlas nende pikaajaliste eesmärkidega püüdis meeskond konstrueerida uue ja täpsema „vahemaaredeli“.
Selle tööriista abil on astronoomid traditsiooniliselt mõõtnud kaugusi universumis, mis seisneb tuginemises kauguse markeritele nagu Cepheidi muutujad - pulseerivatele tähtedele, mille kaugusi saab tuletada, kui võrrelda nende sisemist heledust nende nähtava heledusega. Seejärel võrreldakse neid mõõtmisi kaugusega galaktikatest tuleneva valguse punaselt nihutamisega, et teha kindlaks, kui kiiresti galaktikate vaheline ruum laieneb.
Sellest tuletatakse Hubble'i konstant. Kaugredeli ehitamiseks viisid Riess ja tema meeskond läbi parallaksi mõõtmised Hubble'i laiekraankaamera 3 (WFC3) abil, mis koosnes kaheksast Linnutee äsja analüüsitud Cepheidi muutuvast tähest. Need tähed asuvad umbes 10 korda kaugemal kui ükski varem uuritud - 6000–12 000 valgusaasta kaugusel Maast - ja pulseerivad pikema intervalliga.
Täpsuse tagamiseks, mis võtaks arvesse nende tähtede võnkumisi, töötas meeskond välja ka uue meetodi, kus Hubble mõõtis nelja aasta jooksul iga kuue kuu jooksul tähe asukohta tuhat korda minutis. Seejärel võrdles meeskond nende kaheksa tähe heledust kaugemate kefeididega, et veenduda, et nad saaksid täpsemini arvutada kauguse teiste galaktikateni.
Uut tehnikat kasutades suutis Hubble tabada nende tähtede asukoha muutuse teiste suhtes, mis lihtsustas asju tohutult. Nagu Riess NASA pressiteates selgitas:
“See meetod võimaldab korduvalt kasutada parallaksi tõttu äärmiselt väikeste nihete mõõtmist. Mõõdate kahe tähe vahelist kaugust, mitte ainult ühes kohas kaameras, vaid ikka ja jälle tuhandeid kordi, vähendades mõõtmisvigu. "
Võrreldes varasemate uuringutega suutis meeskond laiendada analüüsitud tähtede arvu kuni 10 korda kaugemale. Nende tulemused olid aga vastuolus ka tulemustega, mis saadi Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) Plancki satelliidilt, mis on alates selle kasutuselevõtust 2009. aastal mõõtnud kosmilise mikrolaine tausta (CMB) - Suure Paugu loodud jääkkiirgust.
CMB kaardistamisega on Planck suutnud jälgida kosmose laienemist varajases universumis - tsirkaadis. 378 000 aastat pärast Suurt Pauku. Plancki tulemuse kohaselt peaks Hubble'i konstantne väärtus nüüd olema 67 kilomeetrit sekundis megaparseci kohta (3,3 miljonit valgusaastat) ja see ei tohiks olla kõrgem kui 69 kilomeetrit sekundis megaparseci kohta.
Nende sruvey põhjal sai Riessi meeskond väärtuse 73 kilomeetrit sekundis megaparseci kohta, erinevus 9%. Põhimõtteliselt näitavad nende tulemused, et galaktikad liiguvad kiiremini kui varase Universumi vaatlused osutavad. Kuna Hubble'i andmed olid nii täpsed, ei saa astronoomid tühistada kahe tulemuse vahelist viga kui viga ühegi mõõtmise või meetodi puhul. Nagu Reiss selgitas:
„Kogukond võitleb selle lahknevuse tähenduse mõistmisega… Mõlemat tulemust on testitud mitmel viisil, seega on keelatud rida seosetuid vigu. on üha tõenäolisem, et see pole viga, vaid universumi omadus. ”
Seetõttu viitavad need viimased tulemused sellele, et universumis võib töötada mõni varem tundmatu jõud või mõni uus füüsika. Selgituste osas on Reiss ja tema meeskond pakkunud välja kolm võimalust, mis kõik on seotud selle 95% -lise Universumiga, mida me ei näe (s.o tumeaine ja tume energia). Aastal 2011 omistati Reissile ja veel kahele teadlasele Nobeli füüsikaauhind 1998. aasta avastuse eest, mille kohaselt universum oli kiirenenud laienemiskiiruses.
Kooskõlas sellega viitavad nad sellele, et tume energia võiks järjest suureneva tugevusega galaktikaid laiali ajada. Teine võimalus on see, et seal on avastamata subatomaatiline osake, mis sarnaneb neutriinoga, kuid interakteerub normaalainega subatomiliste jõudude asemel gravitatsiooni abil. Need "steriilsed neutriinod" liiguvad valguse kiirusele lähedale ja neid võiks ühiselt nimetada "tumedaks kiirguseks".
Ükskõik milline neist võimalustest tähendaks, et varase universumi sisu oli erinev, sundides seega meie kosmoloogilisi mudeleid uuesti läbi mõtlema. Praegu pole Riessil ja kolleegidel vastuseid, kuid nad plaanivad oma mõõtmiste täpsustamist jätkata. Siiani on SHOESi meeskond vähendanud Hubble'i konstandi määramatust 2,3% -ni.
See on kooskõlas Hubble'i kosmoseteleskoobi ühe keskse eesmärgiga, milleks oli aidata vähendada Hubble'i konstandi mõõtemääramatuse väärtust, mille hinnangud varieerusid kord kahega.
Ehkki see lahknevus avab ukse uutele ja väljakutsuvatele küsimustele, vähendab see ka meie ebakindlust Universumi mõõtmisel. Lõppkokkuvõttes parandab see meie arusaamist sellest, kuidas Universum arenes pärast seda, kui see loodi tulises kataklüsmis 13,8 miljardit aastat tagasi.
