Такое явление, как расширение вселенной, часто связывают с Эдвином Хабблом, вклад которого в исследовании в данном направлении огромен. Я не хочу преуменьшать его заслуги, просто давайте составим хронологию того, как ученые пришли к выводу о том, что вселенная расширяется.
В 1886 году английский астроном Уильям Хаггинс заметил, что длины волн звездного света несколько сдвинуты по сравнению с земными спектрами тех же элементов.
Если говорить об этом применительно к галактикам, то можно сказать, что чем дальше от Земли находится та или иная галактика, тем выше скорость ее удаления от нас и, соответственно, тем сильнее смещены к красному концу линии ее спектра.
Получается, красное смещение вызывается не просто удалением галактик от нас, а тем, что пространство между нами и галактиками смещает свет в красную часть спектра, пока он перемещается к нам от отдалённой точки пространства.
Но представьте себе, в те времена ученые склонялись к постоянной и стационарной вселенной, и никакой динамики, по сути, не должно было быть.
Но сначала Уильям Хаггинс на спектрографе заметил что-то необычное, а после в 1912 году сотрудник обсерватории во Флагстаффе в штате Аризона Весто Слайфер изучал спектры спиральных туманностей на 24-дюймовом телескопе с хорошим спектрографом.
Для получения качественного снимка одну и ту же фотопластинку экспонировали по несколько ночей, соответственно это все шло очень медленно. С сентября по декабрь 1913 года Слайфер занимался туманностью Андромеды, после чего он пришел к выводу, что данная туманность ежесекундно приближается к Земле на 300 км.
А в 1917 году он опубликовал данные о радиальных скоростях 25 туманностей, которые показывали значительную асимметрию их направлений. Только четыре туманности приближались к Солнцу, остальные убегали, некоторые очень быстро.
Их радиальные скорости варьировали в пределах 150 — 1800 км/с и в среднем в 25 раз превышали известные на тот момент скорости звезд Млечного Пути. И это наводило на мысль, что туманности участвуют в иных движениях, нежели обычные звезды.
В 1917 году на свет вышли две статьи, которые представили миру модель Вселенной, построенные на основе общей теории относительности. Одну из них написал сам Эйнштейн, другую — голландский астроном Виллем де Ситтер.
Эйнштейн, в духе тех времен, считал, что Вселенная как целое статична, он пытался сделать ее еще и бесконечной в пространстве, но не смог найти необходимые условия.
В итоге ученый построил модель замкнутой Вселенной, пространство которой обладает постоянной положительной кривизной, и поэтому она имеет постоянный конечный радиус.
А время в этой Вселенной, напротив, течет по‑ньютоновски, в одном направлении и с одинаковой скоростью.
Эйнштейновская модель позволила вычислить размер Вселенной, общее количество материи и даже значение космологической постоянной. Однако ее погубила неустойчивость, которую Эйнштейн просто не заметил: при малейшем отклонении радиуса от равновесного значения эйнштейновский мир либо расширяется, либо претерпевает гравитационный коллапс. Поэтому к реальной Вселенной такая модель отношения не имеет. Казалось бы, но на всякий случай запомните эту фразу.
В чем же заключалась модель вселенной Де Ситтера?
Как считал сам ученый, он создал модель статичного мира постоянной кривизны, но не положительной, а отрицательной. В нем присутствует эйнштейновская космологическая константа, но зато полностью отсутствует материя. При введении пробных частиц сколь угодно малой массы они разбегаются и уходят в бесконечность. Кроме того, время на периферии вселенной де Ситтера течет медленней, нежели в ее центре. Из-за этого с больших расстояний световые волны приходят с красным смещением, даже если их источник неподвижен относительно наблюдателя.
Один из крупнейших космологов 20 века Жорж Леметер опередил свое время в данном направлении исследований.
Еще в 1925 году Леметру впервые удалось показать, что статичность модели де Ситтера мнимая. В дальнейшем Леметр построил первую модель расширяющейся вселенной, обладающую четким астрономическим обоснованием. Без преувеличения, эта работа стала революционным прорывом в науке о космосе.
Леметр включил в состав своей вселенной не только вещество, но и электромагнитное излучение. Этого не сделали ни Эйнштейн, ни де Ситтер, ни Фридман.
В дальнейшем Леметр предположил, что красные смещения далеких галактик возникают из-за расширения пространства, которое «растягивает» световые волны.
Между тем в конце 1920-х годов Хаббл и Хьюмасон выявили линейную корреляцию между расстояниями до 24 галактик и их радиальными скоростями, вычисленными еще Слайфером по красным смещениям.
После этого появилась привычная для нас постоянная, по-другому константа хаббла, которая связывает расстояние до внегалактического объекта со скоростью его удаления. Она немного превышает 70 (км/с)/мегапарсек.
Но стоит отметить , что изначально в 1929 году сам Хаббл считал, что ее значение должно быть порядка 600 000 км в час на миллион световых лет — примерно в десять раз больше, чем есть сейчас.
Однако Хаббл всегда воздерживался от конкретной интерпретации своих расчетов. Но в дальнейшем он все-таки признал расширение Вселенной и модель Леметра. Уже в 1930 году она была оценена по достоинству такими мэтрами космологии, как Эддингтоном и де Ситтером; немногим позже ученые воздали должное трудам Фридмана.
Эйнштейн согласился с выводами Леметра, а годом позже совместно с де Ситтером построил модель расширяющейся Вселенной с плоским пространством и искривленным временем. Эта модель из-за своей простоты долгое время была очень популярна среди космологов.
В том же 1931 году Леметр опубликовал краткое описание еще одной модели Вселенной, объединявшей в себе космологию и квантовую механику. В этой модели начальным моментом выступает взрыв первичного атома, кванта, породивший пространство и время. Поскольку тяготение тормозит расширение новорожденной Вселенной, его скорость уменьшается — не исключено, что почти до нуля. И уже позднее Леметр ввел в свою модель космологическую постоянную, заставившую Вселенную со временем перейти в устойчивый режим ускоряющегося расширения.
Вот и краткая история открытия явления расширения вселенной. Да, конечно в дальнейшем ученые занимались изучением этого явления. Но давайте переместимся в наше время или около того. Ведь именно тогда начались странности в измерении скорости расширения вселенной .
12 июля 2018 года в журнале the astrophysical journal вышла новая статья, где в новом исследовании ученые показали, что скорость расширения Вселенной может быть разной в зависимости от того, насколько сильно вы отматываете время.
Расширение вселенной, как мы уже говорили, характеризуется законом Хаббла. Закон Хаббла — это наблюдение того, что более далекие галактики отдаляются быстрее. Это значит, что близкие галактики двигаются относительно медленно.
Результаты двух самых точных измерений не согласуются и не соотносятся между собой.
С одной стороны, у нас есть новые точные измерения космического микроволнового фона – это послесвечения Большого Взрыва – проделанные миссией «Планка», который измерил постоянную Хаббла как 67,4 км/c/Мпк.
С другой стороны, есть новые измерения пульсирующих звезд в ближайших галактиках, также невероятно точные, которые измерили постоянную Хабла как 73,4 км/c/Мпк. Они ближе к нам во времени.
Это значит, что галактики, которые мы видим на расстоянии 10 мегапарсек, убегают от нас со скоростью 735 километров в секунду, а галактики, которые мы видим на расстоянии в 11 мегапарсек — со скоростью 808 километров в секунду. Эта величина сильно расходится с данными обсерватории «Планк».
В марте 2019 года в журнале Astrophysical Journal Letters вышла статья подтверждающая, что вселенная расширяется на 9% быстрее чем предполагалось ранее.
Астрофизики из Университета Джонса Хопкинса проанализировали свет 70 звезд в соседней галактике Большое Магелланово Облако с помощью нового метода, который позволяет получать быстрые изображения. Эти переменные звезды класса цефеид меняют яркость с предсказуемой скоростью. Это их свойство используют для измерения расстояний между галактиками.
В 2016 году, используя космический телескоп «Hubble» для вычисления расстояний до галактик по светимости наблюдающихся в них цефеид команда ученых смогла вычислить постоянную Хаббла, дающую скорость расширения Вселенной. Соединив эти наблюдения с другими данным, полученными учеными из Чили, США и Европы и работающими над проектом Araucarica, астрофизики вычислили истинную яркость цефеид.
Более точные данные позволили заново рассчитать постоянную Хаббла. Однако результат вновь не совпал с ожидаемым значением, полученным спутником «Планк» Европейского космического агентства.
И использовав новый метод наблюдения с помощью телескопа «Hubble» за 70-ю переменными цефеидами в Большом Магеллановом Облаке вновь дали значение 74 километра в секунду на мегапарсек с погрешностью всего в 1,9 процента.
Для ясности, когда мы наблюдаем реликтовое излучение, мы видим то, какой была вселенная спустя 380 тысяч лет после большого взрыва, а когда наблюдаем за цефеидами, перед нами, условно говоря, современная вселенная, за много миллиардов лет после большого взрыва.
В феврале 2019 года на сайте препринтов появилась еще одна статья, в которой ученые выдвинули уже новое предположение о том, почему Вселенная расширяется так быстро и как можно объяснить расхождение в значении постоянной Хаббла.
Скорее всего это связано с «ранней темной энергией» во вселенной-говорят исследователи.
В конце списка литературы данной статьи можно увидеть, что авторы ссылаются также на предыдущее исследование с цефеидами в Большом Магеллановом облаке, о котором мы говорили ранее.
Согласно исследованию, когда Вселенной было всего 100 тысяч лет, в ней образовалось таинственное энергетическое поле, которое ученые называют «ранней темной энергией» и которое быстрее прежнего расталкивало все еще формирующийся космос к внешним границам.
Спустя еще 100 тысяч лет, как предполагают исследователи, странное энергетическое поле рассеялось, а молодая ускоренная Вселенная продолжала развиваться без него.
Такую гипотезу предложила группа астрономов из Университета Джона Хопкинса в надежде объяснить, почему же разные методы измерения расширения Вселенной дают результаты, которые отличаются друг от друга на7-9 процентов.
Данная идея связана с теорией струн. это гипотетическая «теория всего», которая утверждает, что Вселенная может состоять из одномерных протяженных объектов. Согласно этой теории, космос пронизывают поля некой неоткрытой пока энергии или частицы, которые называют «квинтэссенцией».
Эта энергия действует в противовес гравитации и может со временем менять свои свойства.
ученые сосредоточились на свойствах этого поля, связанных с гипотетическими частицами аксионами.
Данная таинственная темная энергия может быть той самой константной, которая движет расширением Вселенной. Если допустить, что эти энергетические поля вроде «ранней темной энергии» периодически появляются, то это объясняет, почему в истории вселенной были периоды повышенного ускорения расширения пространства.
Для решения вопросов по расчету более точной скорости расширения Вселенной ученые из Национальной радиоастрономической обсерватории и Калифорнийского технологического университета предложили новый способ оценки этой величины, используя гравитационно-волновые сигналы от слияния нейтронных звезд.
И это один из новых методов, который не зависит от других методов измерения данного явления.
Этот метод предполагает одновременное наблюдение гравитационных и электромагнитных волн от одного события. Наилучшим вариантом является слияние нейтронных звезд, Так как оно порождает мощный сигнал как электромагнитных, так и гравитационных волн.
На данный момент зарегистрировано лишь одно подобное событие GW170817. И это первое измерение показало значение хаббла в 74 километра в секунду на мегапарсек с ошибкой порядка 10%.
Команда ученых из Принстонского университета использовала улучшенный метод и получила более точные результаты. новое значение составляет 70,3 ± 5 км/с/Мпк, то есть процент ошибки уменьшился в этом случае до 7. В будущем ошибка должна будет составить 1%.
Но что если все эти расчеты связаны с изменением темной энергии и существованием какой-то частицы?
Понимаю, что это уже какая-то мистика, но не торопитесь с выводами.
В настоящее время существование темной энергии еще не подтверждено.
Но исследователи все же пришли к выводу, что темная энергия время от времени может менять свои характеристики и свойства.
В новом исследовании физик-теоретик Массимо Цердонио (Massimo Cerdonio) из Падуанского университета, Италия, рассчитал изменение энергии квантового поля, необходимое для объяснения изменения количества темной энергии.
Если некое новое квантовое поле отвечает за изменение количества темной энергии, то существует частица, соответствующая этому квантовому полю.
Изменение количества темной энергии, полученное в результате расчета Цердонио, требует определенной массы частицы, и она оказалась близка к массе частицы, предлагавшейся учеными ранее – так называемого аксиона.
Этот квант поля в настоящее время изменяет количество темной энергии, которая участвует в расширении.
Согласно исследованиям, аксионы появились еще в очень древней Вселенной, до недавнего времени скрываясь от нас и позволяя другим силам и частицам полностью контролировать расширение. Но спустя множество миллиардов лет после рождения Вселенной, эти частицы по неизвестной причине начали проявлять свои свойства.
12 сентября 2019 года в журнале оксфордской академии вышла большая статья, где ученые по полученным данным пришли к выводу, что вселенная расширяется еще быстрее. И это уже полная неразбериха. В чем же проблема, почему столько различных значений?
Команда астрономов из Калифорнийского университета в Дэвисе, работающая в рамках международного проекта (SHARP/H0LICOW), обратила внимание на свет чрезвычайно далеких галактик, который искажается и из-за эффекта гравитационного линзирования. Измерив время задержки при движении света по различным траекториям и через различные линзы, они смогли вывести постоянную Хаббла.
Согласно расчетам астрономов, постоянная Хаббла равна 76,8 км/с на мегапарсек. И эти данные отличаются от всех значений, вычисленных в предыдущих исследованиях.
И чем дальше, тем больше появляется отличных друг от друга значений, и разница между постоянными Хаббла, измеренными по реликтовому излучению и по свету далеких звезд, становится все значительнее.
Ну вот и мы потихоньку подходим к концу. в новом исследовании астрономы из Университета Клемсона предложили еще один метод для определения скорости расширения Вселенной с помощью анализа взаимодействия гамма-лучей с фоновым излучением.
И как вы думаете, какой результат получили они? Не будем томить, значение константы Хаббла в этом случае была равна 67,5 км/с/Мпк. Его удалось определить благодаря анализу данных с телескопа Ферми и наземных черенковских телескопов.
Гамма-лучи испускаются звездами и особенно активно — крупными объектами вроде квазаров.
Исследование показало, как гамма-лучи из отдаленных источников взаимодействуют с рассеянным внегалактическим фоновым излучением, которое представляет собой «отпечаток» первых звезд во Вселенной и включает в себя волны всех длин до микроволнового диапазона, характеризующего реликтовое излучение.
Когда гамма-лучи взаимодействуют с фоновым излучением (EBL) они оставляют отпечаток, который можно проанализировать и определить, с какой скоростью источники излучения удаляются.
Скорость зависит от расстояния, пройденного гамма-лучами. А это расстояние, в свою очередь, зависит от скорости расширения Вселенной. Поэтому, исследуя гамма-излучение, идущее из далеких галактик, ученые смогли вычислить новое значение постоянной Хаббла.
Однако, вы, наверное, уже заметили, что данное значение очень близко по величине значению, вычисленному в методе на реликтовом излучении. Однако действительно ли это подтверждение того, что константа Хаббла имеет такое значение?
Точно ничего сказать невозможно. Необходимы повторные измерения.
А если ты хочешь помочь нам в продвижении канала, то поделись этим видео, поставить лайк, напиши комментарий, подпишись на канал, нам будет приятно! Это вроде, как и мелочь, но это помогает нам и хочется работать дальше!
Канал:
https://www.youtube.com/channel/UCBquUhyOFKUo24aYIkahwYQИсточники:
https://skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.as...
http://adsabs.harvard.edu/full/2003HisSc..41..141K
https://www.researchgate.net/publication/329393121_The_Disco...
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aac82e
https://arxiv.org/abs/1804.10655
https://scitechdaily.com/hubble-and-gaia-data-fuel-cosmic-co...
https://arxiv.org/abs/1903.07603
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190425104128.h...
https://arxiv.org/pdf/1811.04083.pdf
https://hightech.plus/2019/02/27/astrofiziki-obyasnili-anoma...
https://phys.org/news/2019-06-early-dark-energy-hubble-tensi...
https://www.nature.com/articles/s41550-019-0820-1
https://arxiv.org/pdf/1806.10596.pdf
https://phys.org/news/2019-07-method-difficulty-universe-exp...
https://arxiv.org/abs/1910.02978
https://astronomy.com/magazine/2019/06/tension-at-the-heart-...
https://astronomy.com/magazine/2019/06/tension-at-the-heart-...
https://www.livescience.com/65332-hubble-wrong-speed.html
https://arxiv.org/abs/1906.07080
https://academic.oup.com/mnras/article/490/2/1743/5568378
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191023150327.h...
https://knowridge.com/2019/10/new-measurement-of-hubble-cons...
https://academic.oup.com/mnras/article/490/2/1743/5568378
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab4a0e
https://hightech.fm/2019/11/11/unverse-speed
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191108132158.h...
