En gang oppdaget vi at universet ekspanderte. Etter det var det neste vitenskapelige trinnet å bestemme hastigheten eller hastigheten på denne utvidelsen. Mer enn 80 år har gått, men vi er fremdeles ikke enige om dette problemet. Ser vi på de største kosmiske skalaene og studerer de eldste signalene - ettergløden til Big Bang og storstilt korrelasjoner av galakser - fikk vi ett tall: 67 km / s / Mpc.
Men når vi ser på individuelle stjerner, galakser, supernovaer og andre direkte pekere, får vi et annet tall: 74 km / s / Mpc. Usikkerhetene er svært små: ± 1 til det første tallet og ± 2 til det andre tallet, og det er fortsatt en statistisk sjanse på mindre enn 0,1% for at disse tallene vil bli avstemt med hverandre. Denne motsetningen burde vært løst for lenge siden, men har vedvart helt siden universets utvidelse først ble oppdaget.
I 1923 brukte Edwin Hubble verdens største teleskop for å lete etter nye stjerner i andre galakser. Sannsynligvis ville det ikke lønne seg å si "galakser", for da var ikke menneskeheten sikker på de himmelske spiraler. Mens han studerte den største av dem - M31, nå kjent som Andromeda-tåken - så han den første, og deretter den andre og den tredje nye. Men den fjerde dukket opp på samme sted som den første, og dette var umulig, siden det tar hundreår eller mer å lade de nye. Den nye hans dukket opp på under en uke. Spennende krysset Hubble det første "N" som han skrev, og overskrev "VAR!" Han innså at det var en variabel stjerne, og siden den gang var det fysikk av variable stjerner. Hubble kunne beregne avstanden til Andromeda. Han viste at den var nøyaktig utenfor Melkeveien og er åpenbart en galakse. Det var den fineste observasjonen av en enkelt stjerne i astronomiens historie.
Edwin Hubbles opprinnelige LP som avslører variabelen til en stjerne i Andromeda
Hubble fortsatte sitt arbeid med å observere variable stjerner i mange spiralgalakser. Sammen med deres skiftede spektrallinjer begynte han å legge merke til at jo lenger galaksen er, jo raskere beveger den seg fra oss. Ikke bare oppdaget han denne loven - kjent som Hubbles lov - han var den første til å måle utvidelseshastigheten: Hubble-parameteren. Antallet han fikk var imidlertid stort. Veldig stor. Så stor at hvis det var sant, ville det følge at Big Bang skjedde for bare to milliarder år siden. Det er klart ingen vil tro dette, siden vi har geologiske bevis på at jorden alene er mer enn fire milliarder år gammel.
Sammensatt bilde av den vestlige halvkule av jorden mer enn 4 milliarder år gammel
Salgsfremmende video:
I 1943 observerte astronomen Walter Baade nøye variable stjerner utenfor Melkeveien og la merke til noe utrolig viktig: ikke alle variable Cepheids - den typen som Hubble brukte for å bestemme utvidelsen av universet - oppfører seg det samme. I stedet var det to forskjellige klasser. Og plutselig viste det seg at Hubble-konstanten slett ikke var så stor som Hubble hadde bestemt seg for.
Målinger av variable stjerner av Walter Baade i Andromeda var det viktigste beviset på eksistensen av to separate populasjoner av Cepheids og tillot Hubble-parameteren å bli redusert til en mer meningsfull verdi
I stedet utvidet universet saktere, noe som betyr at det tok lengre tid før det nå sin nåværende tilstand. For første gang overgikk universet Jorden i tid, og det var et godt tegn. Over tid økte ytterligere forbedringer og Hubble-eksponenten gikk gradvis ned, mens universets alder fortsatte å øke. Til syvende og sist sank alderen til og med de eldste stjernene med universets alder.
Hvordan estimatene av Hubble-parameteren endret seg over tid
Historien slutter ikke der. Vet du hvorfor Hubble-romteleskopet ble navngitt på den måten? Ikke fordi det ble oppkalt etter Edwin Hubble, som oppdaget at universet ekspanderte. Snarere fordi hovedoppgaven var å måle Hubble-parameteren, eller hastigheten som universet utvider seg til. Før lanseringen av teleskopet i 1990 var det to leire som forfektet helt forskjellige univers: en ledet av Allan Sendage og et univers med en utvidelsesgrad på 50 km / s / Mpc og en alder på 16 milliarder år; den andre er under ledelse av Gerard de Vaucouleur og et univers med en utvidelsesgrad på 100 km / s / Mpc og en alder på under 10 milliarder år. Disse to leirene var overbevist om at de motstående leirene gjorde systematiske feil i målingene sine, og at det ikke var noe mellomgrunn. Hubble-romteleskopets viktigste vitenskapelige mål var å måle utvidelsesgraden en gang for alle.
Og han oppnådde det. 72 ± 8 km / s / Mpc var det endelige resultatet av prosjektet. I dag er det enda færre feil eller unøyaktigheter, og det samme er spenningen mellom de to forskjellige metodene. Hvis du ser på universet på de største skalaene, svingningene i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen og baryons akustiske svingninger i gruppering av galakser, får du et mindre antall: 67 km / s / Mpc. Dette er ikke det mest gunstige resultatet, men høyere verdier er ganske mulig.
Hvis du ser på direkte målinger av individuelle stjerner i galaksen vår, og deretter på de samme klassene av stjerner i andre galakser, og deretter på supernovaer utover det, får du en høyere verdi: 74 km / s / Mpc. Men en systematisk feil i målinger av stjerner i nærheten, til og med en feil på flere prosent, kan redusere dette antallet betydelig til den laveste foreslåtte verdien. Når ESA Gaia-oppdraget fortsetter å måle parallaks med en enestående nøyaktighet av en milliard stjerner i vår galakse, kan denne spenningen løses på egen hånd.
I dag kjenner vi Hubble-ekspansjonshastigheten ganske nøyaktig, og to forskjellige metoder for å trekke ut den ser ut til å gi motstridende verdier. Det er mange forskjellige dimensjoner som skjer akkurat nå, hver leir prøver å bevise sin sak og finne feilene til den andre. Og hvis historien har lært oss noe, kan vi si at vi for det første vil lære noe nytt og interessant om universets natur når dette problemet blir løst, og for det andre vil denne tvisten om utvidelsesgraden tydeligvis ikke siste.
ILYA KHEL
