Как едно число може да промени представите ни за Вселената

Резултатите от различните методи за измерване на разширяването на Вселената спрямо Земята се различават драстично. Мистерията се задълбочава и има повече въпроси отколкото отговори.

Проблемът се корени в „константата на Хъбъл“. Това е величината, измерваща разстоянието, с което се разширява Вселената спрямо Земята. Измерването на тази константа според сателита на Европейската космическа агенция (ЕКА) „Планк“е 46 200 мили в час за милион светлинни години (или мерната единица използвана сред астронавтите – 67,4 км/сек/мегапарсек). Но според данните от пулсиращите звезди, наречени Цефеиди (всеки клас от променливи звезди, които имат правилни светлинни вариации, които вариации се използват в астрономията за измерване на разстояние – б.пр.), това число е доста по-голямо – 50 400 мили в час за светлинна година (73,4 км/сек/мегапарсек).

Ако първото число е вярно, то тогава всички разстояния, измерени от учените за далечни космически обекти, са грешни от десетилетия. Но ако второто е вярно, тогава трябва да се признае за съществуването на нова екзотична физика. Всички, изучаващи това, разбира се, са притеснени, какъвто и да е верният резултат.

Бари Мадор, астронавт от Университета на Чикаго и член на един от екипите, които разчитат измервания, за да се установи константата на Хъбъл, се опитва да отговори кое е вярното твърдение.

Самият проблем започва още през 1929 г. със самия Едуин Хъбъл – той забелязва, че по-далечните галактики се отдалечават по-бързо от по-близките такива. Открива линейна зависимост между разстоянието на един обект от Земята и скоростта, с която той се отдалечава от нея.


РЕКЛАМА:

***

Това означава, че се случва нещо странно: защо ние бихме били центъра на Вселената? Отговорът може да е в това, че много далечните обекти всъщност не се движат, просто разстоянието между тях и Земята нараства.

Хъбъл осъзнава, че Вселената нараства, но с постоянна скорост – Хенс, константата на Хъбъл. Той я измерва около 342 000 мили за час за светлинна година (501 км/сек/мегапарсек) – почти 10 пъти по-голяма от тази, която е измерена в момента, като през годините тази стойност се редуцира, поради навлизането на по-прецизни измервателни уреди.

Нещата стават по-странни в края на 90-те, когато два екипа астрономи забелязват, че далечните супернови са по-тъмни и мъгляви, което значи, че са и по-далеч от очакваното. Това доказва не само, че Вселената се разширява, но и че ускорението, с което го прави, се променя. Този феномен се обяснява с тъмната материя.

„Приемаме, че във Вселената са се случвали странни неща, които не може да обясним все още и се насочваме към друго очевидно нещо: да се измери ускорението с максимална точност. Когато го направим, се надяваме да успеем да върнем като на лента историята и еволюцията на Космоса от самото начало до края“, коментира Мадор.

Но с този къс информация е като да видиш само случайна секунда от конно надбягване и да трябва да определиш кой кон е победителят. Нещо почти невъзможно, но това не е отказало учените през годините.

За последните 10 години сателитът „Планк“ измерва космическите микровълни, далечен отзвук от Големия взрив, което ни позволява да надникнем във Вселената, каквато е била преди 13 млрд. години. Използвайки данните от обсерваторията, космолозите могат да установяват числото на константата на Хъбъл с много голяма точност.

През последните три десетилетия, астрономите използват и друг метод за измерване на разстояния във Вселената. Използват телескопи, за да наблюдават Цефеидите и да изчисляват константата на Хъбъл. Тези звезди трептят с определена сила, зависеща от тяхната осветеност, и така учените могат да кажат с точност колко ярки са Цефеидите по техните пулсации. Когато се гледа колко са бледи, може да се изчисли разстоянието до тях. Но тези измервания не съвпадат с данните от сателита „Планк“.

Разликата може да Ви се струва малка, но всеки от двата метода е изключително прецизен и няма място за съмнения за неточности във всеки един от тях. Двете страни са водили много дискусии, че другите бъркат, споделя още Мадор.

Ако отборът на Цефеидите греши, това означава, че измерванията на разстоянията в далечния космос никога не са били верни. Но ако отбор „сателитът Планк“ греши, то тогава е възможно да се открие нов дял (модел) на физиката, непознат досега на учените. Този модел включва в себе си различни правила, например броя на типовете субатомни частици – неутрино. А те се използват, за да се разчете информацията, която сателитите получават от космическите микровълни. „За да се съгласува стойността от „Планк“ за константата със съществуващите модели, някои стойности трябва да бъдат „изкривени“, но повечето физици не са съгласни с това“, споделя Мадор.

Правят се опити да се извлече информация от друг източник, която да наклони везните в полза на някоя страна. Мадор и неговите колеги наскоро са започнали да наблюдават светлината от червените гиганти. Тези обекти достигат своя пик на излъчване на светлина в края на техния живот, което означава, че точно както с Цефеидите, астрономите мога да следят тяхното замъгляване спрямо Земята и да измерят дистанцията. Следователно и да изчислят константата на Хъбъл.

Резултатите, публикувани през юли, предлагат число между двете основни изчисления: 47 300 мили за час за светлинна година (69,8 км/сек/мегапарсек). Това е по-близо до отбора на сателита „Планк“. „Но учените не бързат да отварят шампанското и да празнуват“, разказва Мадор. Не се казва с точност кои са прави, а просто, че има още много пречки до изчисляването на константата.

Други екипи също са дали своето мнение. Група, наречена H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring (H0LICOW) (игра на думи, Космос и граал, б.пр.), разглежда далечни ярки обекти, създадени в зората на Вселената, наречени квазари (район в центъра на галактиката, който произвежда изключително голямо количество радиация – б. пр.), чиято светлина е гравитационно кристализирана от огромни космически обекти между нас и тях. Когато изучава тези квазари, групата изчислява число близко до страната на отбора на Цефеидите. Информация от гравитационно-вълновата обсерватория на лазерния интерферометър (ГВОЛИ) може да даде още едни независими резултати, с които да се пресметне константата на Хъбъл. „Но такива пресмятания са все още в начален етап и трябва време, за да бъдат обработени“, заключава Мадор.

Мадор смята, че средната стойност между двете изчислени константи всъщност ще се окаже истината, въпреки че не смее да дава големи предсказания за момента. Но докато се намери крайно решение, иска учените да намерят верния тон помежду си. Много напрежение се създава помежду им за това кой е прав. Много по-важно е да се разреши проблемът, но това ще отнеме време.

 

Превод: Кристин Пейчева

Източник: Live Science


Европейска нощ на учените 2022 г.: