Расширение вселенной не всегда имело одинаковую скорость
Вселенная расширяется, то есть все объекты, которые не удерживаются под действием силы тяжести, удаляются друг от друга. Скорость расширения вселенной, однако, является предметом дискуссий. Это один из самых больших вопросов космологии. В общепринятой модели скорость расширения вселенной менялась с течением времени.
В начале своего существования Вселенная подверглась бы фазе крайней инфляции, которая позволила бы ей очень быстро расти. Затем он замедлился медленнее из-за гравитационного воздействия темной материи. Этот этап длился бы несколько сотен тысяч лет. С того времени расширение Вселенной ускорилось бы снова, на этот раз под влиянием темной энергии.
Константа Хаббла, стандарт для измерения скорости расширения вселенной
Эта история частично связана с измерениями постоянной Хаббла, показателя, который описывает скорость расширения Вселенной в данный момент. Проблема заключается в том, что в зависимости от используемых научных инструментов и методов измерения постоянной Хаббла не всегда совпадают.
Некоторые астрофизики полагаются на наблюдения космического микроволнового фона (CMB), окаменелости первого света Вселенной, испущенного, когда Вселенной было 380 000 лет. Это позволяет им оценить, что постоянная Хаббла составляет 67 км/с на мегапарсек. Это означает, что галактика в 1 мегапарсек, около 6,5 миллионов световых лет, удаляется от нас со скоростью 67 км/с, в то время как галактика в 2 мегапарсека движется в два раза быстрее.
Исследование показывает, что расширение вселенной происходит быстрее, чем мы думали
Когда кто-то хочет сделать измерения на реальных галактиках более или менее отдаленных, он получает постоянную Хаббла, равную 74 км/с на мегапарсек, а не 67 км/с. Чем больше лет проходит, тем сложнее примирить эти две фигуры. Посмотрите новое исследование, опубликованное командой астрофизиков из Калифорнийского университета. Благодаря космическому телескопу Хаббла и обсерватории Кек они использовали метод, который использует гравитационные линзы.
Интересно то, что во избежание предвзятости они провели слепое исследование, то есть скрывали результат, пока не убедились в том, что устранены все источники ошибок. Как и все мы, астрономы могут подвергаться когнитивным искажениям. Они могут неосознанно корректировать набор данных в соответствии с космологической моделью. Но, несмотря на эти дополнительные меры предосторожности, их результат не решает дилемму. Как и все измерения, сделанные локально, они получают постоянную Хаббла 75 км/с на мегапарсек.
Какова истинная скорость расширения вселенной ?
Между 67 км/с и 75 км/с разница слишком велика, чтобы ее можно было рассматривать как предел погрешности. Поэтому астрофизики сталкиваются с дилеммой. Либо существует проблема с измерением скорости расширения Вселенной, полученной благодаря космическому микроволновому фону, который большинство астрофизиков считает маловероятным, либо необходимо пересмотреть стандартную модель космологии.
Например, свойства темной энергии, возможно, со временем изменились, или наши наблюдения слишком неточны. Будем надеяться, что появление больших обсерваторий и еще более эффективных методов решит эту загадку. Но если астрономы не могут примирить эти две меры, может потребоваться более глубокий пересмотр нашей истории Вселенной.
Расширение вселенной, темная энергия : вызовы DESI
Темная энергия — одна из самых сложных головоломок в современной физике. В течение двадцати лет ряд мер, кажется, показывает, что расширение вселенной ускоряется со временем. Поскольку ни одна из четырех фундаментальных сил, допускаемых физикой, не может объяснить это явление, феномен, ответственный за это ускорение, до сих пор называется черной энергией.
Если мы не понимаем темную энергию, мы можем, по крайней мере, попытаться измерить ее влияние. Вот почему DESI был создан. Этот научный инструмент будет работать от телескопа Mayall и его 4-метрового зеркала. DESI будет наблюдать десятки миллионов квазаров и галактик, которые, как ожидается, создадут трехмерную карту Вселенной, охватывающую до 11 миллиардов световых лет.
Эта карта беспрецедентного размера и точности должна позволить нам немного лучше понять, как распределяются, развиваются большие структуры вселенной и роль, которую играет темная энергия. Это будет возможность проверить дополнения или альтернативы общей теории относительности. DESI будет точно измерять расстояния, основываясь на следах, оставленных так называемыми акустическими колебаниями барионов, то есть отпечатками, оставленными акустическими волнами, звуком, в плазме вселенной. Это тот же метод, который будет использоваться Европейской космической обсерваторией Евклида с точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля с 2022 года.
Тесты DESI должны начаться быстро. Команды, работающие над проектом, надеются восстановить полные данные к 2025 году, что может дать лучшее понимание того, что называется темной энергией.
Расширение Вселенной может быть измерено с помощью квазаров
— Новости от 5 февраля 2019 года —
Темная энергия — одна из важнейших загадок современной астрономии. Мы знаем с 20 лет, что расширение вселенной ускоряется. Наша вселенная растет с каждым днем и растет все быстрее и быстрее. Если бы вселенная состояла исключительно из массы и повиновалась в больших масштабах только гравитации, она могла бы только замедляться. Но это наоборот, что мы, кажется, наблюдаем.
Несколько объяснений этого явления могут быть сформулированы. Возможно, наши меры неверны. Однако все больше и больше из них делают одни и те же выводы. Возможно, наше понимание гравитации в больших масштабах еще не завершено. Или мы можем представить, что энергия неизвестной природы заставляет вселенную расти. Это может быть своего рода фундаментальная константа, которая является просто частью законов природы.
Большая проблема при попытке определить скорость расширения Вселенной состоит в том, что мы не знаем, как очень хорошо измерять большие расстояния. Это может быть сделано довольно эффективно для последних периодов, наблюдая яркость сверхновых типа 1А. Мы также можем исследовать начало истории вселенной благодаря космическому микроволновому фону (CMB), который дает нам хорошее представление о том, какой была Вселенная через 380000 лет после большого взрыва. Но между этими двумя крайностями трудно оценить постоянную Хаббла, величину, которая дает скорость расширения Вселенной в данный момент.
Итальянская команда считает, что они нашли новый способ определения расстояния и, следовательно, измерения скорости расширения вселенной. Это включает в себя наблюдение светимости квазаров, этих чрезвычайно ярких ядер галактик, которые поэтому наблюдаются очень издалека. В отличие от сверхновых типа 1А, не все квазары имеют одинаковую абсолютную величину. Когда мы наблюдаем квазар менее яркий, чем другой, мы не знаем, так ли это, потому что он дальше или находится на том же расстоянии, но менее энергично.
Чтобы преодолеть это препятствие, итальянская команда сравнила свет квазаров в двух разных спектральных диапазонах: рентгеновском и ультрафиолетовом. Установив соотношение между этими двумя световыми потоками, они нашли постоянные, которые позволяют определять расстояния. С помощью этого метода было изучено около 1600 квазаров, что позволило нам написать несколько более полную историю расширения Вселенной.
Первые результаты этого исследования предполагают, что темная энергия со временем набирает силу. Так что не только ускоряется расширение вселенной, но и сам элемент, который вызывает ее, постоянно развивается. Если этот результат подтвердится, что может занять годы, то необходимо будет рассмотреть многочисленные модели, которые пытаются объяснить темную энергию. Темная энергия будет играть все более важную роль во вселенной, постоянно удаляя галактики и звезды. При достаточно большом масштабе времени даже частицы, составляющие атомы, будут далеко друг от друга, что, вероятно, будет означать конец времени.
Расширение Вселенной будет быстрее и быстрее
— Новости от 27 февраля 2018 года —
Космический телескоп Хаббла работает почти 30 лет и продолжает приносить очень важные результаты. Недавние наблюдения показали, что ускорение расширения Вселенной на самом деле намного быстрее, чем ожидалось. Проблема связана с сопоставлением данных Хаббла с данными космической обсерватории Планка, полученной несколькими годами ранее. Измерения обоих приборов считаются очень надежными. Они оба стремились определить константу Хаббла, параметр, который описывает скорость расширения Вселенной в данный момент. Данные Планка установили эту константу между 67 км и 69 км в секунду на мегапарсек. Планк сделал эти измерения, изучив космический микроволновый фон, самый первый свет 13,8-миллиардной вселенной.
Новые данные Хаббла оценивают постоянную Хаббла со скоростью 63 км в секунду на мегапарсек. Хаббл наблюдал цефеиды, которые являются переменными звездами гораздо более свежими. Между этими двумя мерами разница составляет 9%. Проблема в том, что есть трудности в ее объяснении. Вероятность того, что ошибка скользнула в одну из двух мер, невероятно низок. Эти результаты, похоже, показывают, что расширение Вселенной ускорилось в своей истории и даже быстрее, чем первоначально предполагалось.
Среди возможных объяснений есть, конечно, темная энергия. Невозможно четко определить, это параметр, который можно добавить к стандартной модели космологии, чтобы объяснить этот тип наблюдения. Другая возможность — это более сильное взаимодействие, чем ожидалось между темной материей и более обычными материалами. Наконец, по-прежнему появляются новые модели, чтобы попытаться объяснить это явление, например, из-за черного излучения, стерильных нейтрино, на которые может влиять только гравитация.
Самые ранние свидетельства ускорения расширения Вселенной — совсем недавно, начиная с конца 1990-х годов, и вполне вероятно, что потребуются более десятилетия наблюдений и спекуляций до достижения консенсуса относительно механизма, вызывающего это ускорение. Вот почему мы сожалеем о весьма вероятной отмене WFIRST, потому что инструмент позволил бы измерять константу Хаббла в разные эпохи Вселенной. К счастью, Европа не отменила Евклида, его будущую космическую обсерваторию, посвященную исследованиям расширения Вселенной и темной энергии. Он должен вступить в строй в начале следующего десятилетия. Он попытается вернуться в прошлое до 10 миллиардов лет. В разных моделях темной энергии присутствуют крошечные вариации, поэтому они будут измерять очень высокую точность, чтобы определить, какой трек наиболее интересен.
Изображение NASA / Научная команда WMAP [Public domain], через Викискладе
источники
