gov-civil-vilareal.ptHvor raskt utvider universet seg? Svaret avhenger av hvordan du måler det, og det er et problem
>Universet ekspanderer.
Wow, jeg elsker fortsatt å kunne skrive det ned. Det er en så fantastisk, kompakt, enkel uttalelse, men har implikasjoner så dype at det kan ta flere tiår før vi forstår dem alle. Og vi har visst at det er sant i et århundre allerede.
Men det er sant. Vi har mange uavhengige bevislinjer som viser at det er slik. Dette betyr at universet var mindre tidligere, og hvis du kjører klokken bakover omtrent 13,8 milliarder år, finner du ut at alt i kosmos ble presset til et enkelt, utrolig varmt og tett sted. Kjør klokken fremover igjen, og du får de første øyeblikkene i universet: Big Bang.
Et enormt viktig spørsmål som dukker opp naturlig er: Hvordan fort utvider universet seg? Det viser seg at fjernere objekter beveger seg raskere fra oss, så vi bruker en merkelig enhet for å beskrive ekspansjonen: en hastighet per avstand. Doble avstanden og hastigheten et objekt trekker seg tilbake dobler seg også.
Dette tallet i astronomi har et navn: Hubble Constant. Edwin Hubble prøvde å beregne det tilbake på begynnelsen av 1900 -tallet, og vi har kunnet foredle det mye siden den gang. Det er rundt 70 kilometer per sekund per megaparsek (en megaparsek, eller Mpc, er en million parsek, eller 3,26 millioner lysår; til sammenligning er Andromeda-galaksen i underkant av 1 Mpc fra oss). Så i et fritt ekspanderende univers vil et objekt 1 Mpc unna bevege seg bort fra deg med 70 km/sek. Et objekt 10 Mpc fjernt vil løpe unna med 700 km/sek, og så videre.
Merkelig, ikke sant? Men det er her ting blir egentlig merkelig. Det er en rekke forskjellige måter å måle Hubble Constant på. Den ene er å gjøre det lokalt, ved å se på nærliggende galakser, måle både avstander og hastigheter. Vi har mange måter å måle begge (som jeg kommer inn på litt mer om et øyeblikk). Når du gjør det, får du en Hubble Constant på 73 km/sek/Mpc.
En annen måte er å se på tidlig Universet, på ting veldig langt unna. Omtrent 375 000 år etter at universet ble dannet, den hadde utvidet seg nok til å bli gjennomsiktig . Det var fremdeles varmt, og nå, i dag, ser vi at restvarmen gjennomsyrer hele himmelen. Da universet fortsatte å utvide den avkjølte varmen (du kan også tenke på det som lyset fra den ildkulen som har vært rødskiftet som universet ekspanderer vekk fra oss). Vi ser det nå som en kontinuerlig glød av mikrobølger overalt hvor vi ser.
Ved å undersøke denne gløden veldig nøye, kan vi lære mye om universets forhold den gang. Vi kan også beregne Hubble Constant på den måten også, og tallet du får når du gjør det er omtrent 67 km/sek/Mpc.
Um. Vente. Disse to tallene er forskjellige. Det er vanskelig.
Det er virkelig. Og det blir verre. Alle de lokale metodene får det høyere tallet, og alle de fjerne, tidlige universene som får det færre. Det er som om universet ikke er enig med seg selv.
Det er som å bygge en bro over en kløft, som begynner i begge ender, bare for at de to ikke skal møtes i midten. Det minner meg litt om M. C. Eschers tegning 'Belvedere.' Det gir ikke mening.
MC Eschers ikoniske 'Belvedere', en paradoksal bygning der perspektivet er forvrengende. Kreditt: M. C. Escher
Faktisk, da disse tallene først ble bestemt, var de ikke så langt unna, fordi usikkerheten i målingene var høy. For en stund kjente vi ikke Hubble Constant til en faktor to. Men etter hvert som målingene ble bedre, begynte vi å se dem dele seg.
Her blir det morsomt: Et nytt prosjekt har prøvd å spikre det lokale nummeret. Den ble ledet av en gammel venn og studentkollega Adam Riess (som var medvirkende til å finne ut at den universelle ekspansjonen akselererer - mer om at på et sekund også - og har tjent noen greie utmerkelser på grunn av). De brukte Hubble -romteleskop for å se på en veldig spesifikk type stjerne, kalt en Cepheid -variabel. Disse stjernene ekspanderer og trekker seg sammen over tid, og blir lysere og svakere som de gjør. For et århundre siden ble det oppdaget at perioden, tiden det tar for dem å lyse og dempe, var knyttet til den totale energimengden de avgir.
Det er enormt: Det betyr at hvis du kan måle perioden, kan du finne ut lysstyrken deres. Og så hvis du bare måler hvor lyse de ser ut, du finner avstanden deres ! Det er avgjørende, fordi vi ser Cepheids i andre galakser, noe som betyr at de gir oss en metode for å bestemme avstandene til disse galakser. Faktisk var det Hubbles team som brukte dette til å bestemme avstandene til noen nærliggende galakser tilbake på 1920 -tallet.
Riess 'team så ut ved 7 Cepheids i vår egen Melkeveis galakse og målte ikke bare hvor lyse de var, men også deres parallaks, deres tilsynelatende endring i posisjon når jorden beveger seg rundt solen (for detaljer, kan jeg foreslå å se 'Crash Course Astronomy: Distances' ?). Ved å måle dette skiftet over flere år, kan de få veldig nøyaktige avstander for disse stjernene.
En annen fordel er at vi bruker Hubble til å observere disse cepheider i andre galakser, så dette setter alle observasjonene på en jevn fot; Det er vanskeligere å få alt konsekvent når du bruker forskjellige observatorier.
En av Cepheid -variablene, S Vulpeculae, observert ved bruk av Hubble. Avstanden ble funnet å være 10,124 lysår fra jorden. Andre merkede stjerner ble brukt til å kalibrere avstandsmålingene. Kreditt: Riess et al.
Så dette nye verket har vært i stand til å stramme opp avstandsmålingene til disse Melkeveiens cepheider, som spenner fra omtrent 5500 til 12 000 lysår unna. Ved å bruke disse bedre målingene for å deretter bootstrap avstanden til ekstragalaktiske Cepheids, finner Riess team at den lokale verdien til Hubble Constant er 73,48 ± 1,66 km/sek/Mpc, en endring på omtrent 4% fra den gamle verdien.
Men enda viktigere, egentlig, er at de senket usikkerhet i den verdien, noe som betyr at vi tror denne verdien er mer nøyaktig. Det betyr igjen at den lavere verdien som ble funnet ved å bruke tidlige universmålinger virkelig er forskjellig. Det er ikke bare det at målingene våre er rystende; Universet forteller oss virkelig at ting var annerledes den gangen. Oddsen for at dette skyldes tilfeldigheter eller noe som ikke er reelt, er omtrent 1 av 4600. Jeg tar den innsatsen. Dette er ekte.
Hva betyr alt dette? Vel, i et nøtteskall betyr det at universet ser ut til å ekspandere raskere nå enn det gjorde tidligere. For å være tydelig, vi visste dette allerede : Astronomer oppdaget at den universelle ekspansjonen akselererte tilbake i 1998 (Riess var på et av to uavhengige team som fant dette). Men disse nye resultatene ser ut til å indikere at akselerasjonen er enda høyere enn vi trodde.
min side av fjellet anmeldelser
Dette er Hubble Ultra Deep Field, og nesten alt du ser i den er en fjern galakse, milliarder av lysår unna. Kreditt: NASA, ESA, H. Teplitz og M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) og Z. Levay (STScI)
Så hva gjør at mener? Det er et godt spørsmål, som det er for mange mulige svar på. Det er mulig at mørk energi, den rare enheten bak akselerasjonen, kan være sterkere enn forventet. Kanskje vokser den med tiden; det er en idé som har blitt kastet rundt en stund. Saken er at vi bare ikke vet hva i helvete den mørke energien er er , hva den er laget av, eller hvordan den oppfører seg. Disse nye observasjonene kan hjelpe.
Men det kan ennå være noe annet. Mørk materie spiller også inn på dette: En eller annen form for materie som vi tror ikke spiller godt med normal materie og lys, så det er umulig å se direkte. Det overskrider normal materie med en faktor 5 i universet, og vi vet at det er der ute. Men hvis det oppfører seg på en uvanlig måte, som å samhandle med normal materie bare litt, kan det endre hvordan universet selv utvikler seg over tid.
Her er saken: Vi vet ikke . Dette er ganske nytt, og presser utstyret og teoriene våre til det ytterste. Det er derfor dette fortsatt blir spikret. Husk at vi bare har visst at det var andre galakser i omtrent hundre år, og at ekspansjonen har akselerert de siste 20. Vi har akkurat begynt å finne ut av dette.
Men min favorittdel om alt dette er at vi vil finne det ut. Det er det mennesker gjør; det er det vitenskapen gjør. Universet er et ganske forvirrende sted, og hjernen vår er egentlig ikke utviklet til å være behagelig å tenke på det. Men det er faktisk derfor vi har vitenskap, for å hjelpe oss å forstå. Kombiner det med matematikk, ingeniørfag og vår ustoppelige, umettelige nysgjerrighet, og til og med kosmos selv vil gi oss sine hemmeligheter.
Universet ekspanderer raskere hver dag, men det er vår evne til å grok det. Vi kommer igjen.
