Afklaring sats af Universet kan føre til ny fysik

Det var i begyndelsen af 1990-erne. Carnegie-Observatorium i Pasadena, Californien, var tom efter juleferien. Wendy Freedman, en i biblioteket har arbejdet på de store og vanskelige problem: hastigheden af udvidelsen af Universet. Carnegie blev grobund for et sådant arbejde. Det var her, i 1929, Edwin Hubble første gang så fjerne galakser, der flyver væk fra mælkevejen, Hoppe i den ydre tråd af det ekspanderende rum. Hastigheden af denne strøm blev kaldet Hubbles konstant.

Lydsvag drift Friedman blev hurtigt afbrudt, da biblioteket blev brudt af andre astronom Allan af Sendic, den videnskabelige efterfølgeren til Hubble, som for årtier af regler og raffineret Hubble-konstant, konsekvent at forsvare den langsomme udvidelse. Friedman var en af de sidste forsvarede de højere priser, og Sandig så hende kættersk forskning.

"Han var så vred," siger Friedman, som nu arbejder på University of Chicago i Illinois, "det var det øjeblik, jeg indså, at vi var alene i hele bygningen. Jeg tog et skridt tilbage og tænke, at vi er ikke de mest venlige områder af videnskab".

Denne modstand aftaget, men ikke helt. Sendic døde i 2010, og på det tidspunkt de fleste astronomer enige om Hubble-konstant i et snævert interval. Men de seneste data sandsynligvis ville gerne have Sandigo, peger på, at Hubble-konstant er 8% lavere end den ledetal. Næsten hundrede år astronomerne har beregnet, at det, omhyggeligt at måle afstanden til den nærmeste del af universet, og bevæger sig længere og længere. Men for nylig astrofysikere har målt konstant uden, baseret på det kort over den kosmiske mikrobølge baggrund (CMB), plettet eftergløden af Big Bang, som blev baggrunden for det synlige Univers. At gøre antagelser om, hvordan push-tacica af energi og materie i Universet ændret tempo på plads ekspansion siden dannet den kosmiske mikrobølge baggrund, astrofysikere kan tage deres kort, og justere Hubble-konstant til den moderne lokale Univers. Det tal skal matche. Men det er ikke det samme.

Måske en af de tilgange, der er noget galt. Begge sider på udkig efter svagheder i deres egne og andre metoder, og de ledende skikkelser som Friedman, i en fart at fremsætte deres eget forslag. "Vi ved ikke, i hvilken retning al denne vil føre," siger Friedman.

Men hvis aftalen ikke er nået, vil det være en revne i hvælvingen i den moderne kosmologi. Dette kan betyde, at eksisterende teorier mangler en bestemt ingrediens, der var mellem nutid og fortid, indvævet i en kæde af interaktioner af CMB med den nuværende Hubble-konstant. Hvis ja, så vil historien blive gentaget. I 1990'erne, Adam Riess, nu en astrofysiker ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, ledet af en af de grupper, der opdagede, mørk energi, frastødende kraft, der accelererer Universets udvidelse. Dette er en af de faktorer, der CMB beregninger bør tage hensyn til.

Nu et team af RISS fører søg efter Hubble konstant i de omkringliggende rum, og ud over. Dens formål er ikke kun at klarlægge antallet, men også at fange, ikke ændrer sig over tid, således at selv mørke energi, der kan forklare det til. Men han forstår lidt af, hvad der kan være den manglende faktor. Og han undrer sig over, hvad der sker.

I 1927, Hubble har gået ud over mælkevejen, bevæbnet med den største på den tid med teleskop i verden, 2,5 meter luder-teleskop, der blev stående på mount Wilson ovenfor Pasadena. Han tog et billede af den spiral af de svage punkter, som nu er kendt som galakser, og målt rødme af deres lys som Doppler-forskydning mod længere bølgelængder af lys. Sammenligning af rødforskydningen af galakser fra deres lysstyrke, Hubble kom til interessante konklusioner: lysdæmper-og, formentlig, den næste var en galakse er, jo hurtigere det er fjernet. Derfor, universet udvider sig. Og så, at Universet har en endelig alder, nedtællingen, der startede med Big Bang.

Kosmiske kontrovers

Debat om emnet af Hubble-konstant og sats af ekspansion af Universet begyndte at lege med fornyet kraft. Astronomerne er kommet til et vist antal, du bruger den klassiske teknik af "stigen afstand", eller astronomiske observationer af det lokale univers. Men disse værdier er i konflikt med den kosmologiske skøn, der er foretaget på grundlag af de kort, der i det tidlige univers, og bundet til i dag. Fra denne tvist, følger det, at væksten i universet kan fodre den manglende ingrediens.

For at bestemme den sats af ekspansion og den tilsvarende konstant — Hubble havde brug for en reel afstanden til galakser, og ikke kun forhold, der er baseret på deres tilsyneladende lysstyrke. Så han begyndte den besværlige proces med at opbygge en fjern stigen — fra mælkevejen til nærliggende galakser og videre, helt ud til kanten af det ekspanderende rum. Hvert trin af stigen skal være kalibreret "standard stearinlys": objekter, der bevæger sig, pulserer, flash eller rotere på en sådan måde, at det er muligt præcist at afgøre, hvor langt væk de er.

Det Første skridt virkede ganske robust: variable stjerner, der kaldes Cepheider, som øger og reducerer lysstyrken efter et par dage eller uger. Varigheden af denne cyklus indikerer en intern lysstyrken af stjerner. At sammenligne den observerede lysstyrke af Cepheider med en lysstyrke, der stammer fra hendes tøven, Hubble kunne beregne afstanden til det. Teleskopet På Mount Wilsonkan se flere af Cepheider i nærtliggende galakser. For fjerne galakser, og han antog, at de klareste stjerner i dem vil have den samme indre lysstyrke. Selv i de fjerneste galakser, Hubble skulle være standard lys med en ensartet lysstyrke.

Det er Klart, at disse forudsætninger var ikke den bedste. Første udgivet Hubble konstant var 500 kilometer per sekund per megaparsec — det er, for hver 3.25 millioner lysår, at han var ude i rummet, det ekspanderende univers skubber galakserne på 500 kilometer per sekund hurtigere. Dette tal var forkert, og indebar, at Universet blot 2 milliarder år, næsten syv gange mindre end det anses i dag. Men dette var kun begyndelsen.

I 1949, afsluttet opførelsen af et 5.1-meter teleskopet på Palomar i det sydlige Californien — lige til det tidspunkt, hvor Hubble fanget af et hjerteanfald. Han overrakte kappe Sandigo, trump de observatører, der tilbragte de følgende årtier, viser fotografiske plader i løbet af natten sessioner, der arbejder med et kæmpe kamera teleskop, rystende og har behov for pauser.

Med højere opløsning og høj Palomar svetomuzykalny kraft, Sandig været i stand til at få fra Cepheider i mere fjerne galakser. Han indså også, at de lyse stjerner er Hubble var, i virkeligheden, det hele klynger. De blev lysere ved naturen, og derfor meget længere væk end Hubble tænkte, at der, i tillæg til andre ændringsforslag, som betød meget lavere Hubble-konstant. I 1980-m år Sendig stoppet på værdien 50, som er heftigt forsvaret. En af hans mest berømte modstandere, den franske skuespiller Gerard de Okular, der foreslås en værdi af 50. En af de vigtigste parametre i kosmologi løb bogstaveligt talt to gange.

I slutningen af 1990-erne af Freedman, efter at have gået gennem verbal misbrug af Candidia, har sat sig som mål at løse puslespillet med det nye værktøj, som om der bevidst er skabt til arbejde: Hubble space telescope. Hans klare blik over toppen af atmosfæren, gav holdet Friedman til at identificere de enkelte Cepheide-10 gange længere end Sandigo lykkedes med Palamara. Nogle gange i disse galakser var som Cepheider og lyse beacons — Ia udstationeret national ekspert. Disse eksploderende hvide dværg-stjerner er synlige gennem rummet og bryde ud med en konstant og en maksimal lysstyrke. Kalibreret af Cepheider, supernovaer, der kan bruges af sig selv for at undersøge de fjerneste del af rummet. I 2001, holdet af Friedman indsnævret Hubble-konstant til 72 plus eller minus 8, at sætte en stopper for konflikten Sandidge og de wokulira. "Jeg var udmattet," siger hun. "Jeg troede, at jeg var aldrig kommer tilbage til arbejdsmarkedet på Hubble-konstant".

Edwin Hubble

Men så kom den fysiker, der har fundet den uafhængige metode til beregning af Hubble-konstant med de mest fjerne og flyttet til den røde del af spektret af mikrobølge baggrund. I 2003, den SATELLITTEN probe udgivet sin første kort, som viste spektre af temperatur udsving i CMB. Dette kort er ikke en standard lys og en standard kriterium: det mønster af varme og kolde pletter i den primære suppe, det frembragte lydbølger, der er bølger skyllede ind over den nyfødte Univers.

At Lave et par antagelser om ingredienser i denne suppe — i form af velkendte partikler, atomer og fotoner, nogle ekstra usynlige stoffer som mørkt stof og mørk energi — SATELLITTEN holdet var i stand til at beregne den fysiske størrelse af de primære akustiske bølger. Det kan sammenlignes med den tilsyneladende størrelse af lydbølger, der registreres i CMB pletter. Denne sammenligning gav afstanden til mikrobølge baggrund, og værdien af den udvidelse sats af Universet i de første øjeblik. At gøre antagelser om, hvordan almindelige partikler, mørk energi og mørkt stof siden da ændret udvidelsen, den SATELLITTEN holdet var i stand til at give en konstant værdi, i overensstemmelse med sin nuværende stigningstakt. I første omgang, de stammer en værdi af 72, i overensstemmelse med, hvad der fandt Friedman.

Men da de astronomiske målinger fra Hubble-konstant viste højere værdier, selv om fejlen er faldet. I de seneste publikationer Riess gik videre ved hjælp af et infrarødt kamera, der er installeret i 2009 på Hubble space telescope, som kan bestemme afstande til Cepheider i mælkevejen, og tildele dem til de mest fjerntliggende, mere røde slægtninge blandt de mere blå stjerner, der er omgivet af normal Cepheider. Sidstnævnte resultat, som gav holdet RISSA — 73,24.

I mellemtiden, Planck-missionen (ESA), som viste, CMB med høj opløsning og høj temperatur præcision, fremhævet betydningen af 67.8. I henhold til lovgivningen i statistik, disse to værdier er adskilt med afstanden 3.4 Sigma ikke 5 Sigma, som i partikel fysik tale om et signifikant resultat, men næsten. "Det er svært at forklare statistiske fejl," siger Chuck Bennett, en astrofysiker ved Johns Hopkins University, der førte SATELLITTEN team.

Hver af parterne peger i den anden. George Efstathios, en førende kosmolog i Planck team fra University of Cambridge, sagde, at Planck data, der er "absolut uforanderlige". Frisk analyse af resultaterne af Planck 2013 fik ham til at tænke. Han hentede data for Riess og offentliggjort sin egen analyse med lavere og mindre præcis måling af Hubble konstanten. Han mener, at astronomer har fundet en "beskidt" op ad stigen.

Som svar, de astronomer, der hævder, at producere den faktiske dimension i det moderne Univers, som en metode til at måle CMB bygger på mange af de kosmologiske teorier.Hvis de ikke er enige, de siger, hvorfor ikke ændre den kosmologi? I stedet for, "George Efstathios kommer ud og siger, nå, jeg har tænkt mig at genoverveje alle dine data," siger Barry Mador fra University of Chicago, den mand og kollega af Friedman 1980-erne. Hvad skal jeg gøre? Du har brug for at løse den Gordiske knude.

Wendy Friedman mente, at det var en undersøgelse fra 2001 viste, Hubble-konstant, men debatten blusset op igen med ny kraft.

På den side af astronomer, der er en metode, der kaldes gravitationel lensing. Omkring massive galaxy tyngdekraften i sig selv forvrider rum, at skabe et kæmpe linse, som kan fordreje det lys, der kommer fra en fjern lyskilde, som en kvasar. Hvis tilpasning af linsen og quasar er et klart lys på flere lane vil styrte til Jorden, og det vil skabe en masse billeder lentinula galaxy. Hvis du er heldig, kvasaren vil variere i lysstyrke, dvs, flimmer. Hver klonet vil billedet flimre for, men ikke på samme tid, fordi lyset stråler fra hver enkelt billede, skal du vælge forskellige veje gennem denne forvrængede plads. Forsinkelsen mellem blinker, angiver forskellen i længden af stier, og tilpasse dem med størrelsen af galaksen, astronomer kan bruge trigonometri til at beregne den absolutte afstand til lentinula galaxy. Kun tre galakser blev omhyggeligt målt så, og seks, der bliver undersøgt i øjeblikket. I slutningen af januar astrofysiker sherry Skubbede fra max Planck Institute for astrophysics i Tyskland og hendes kolleger har offentliggjort deres bedste skøn af Hubble konstanten. "Vores måling er i overensstemmelse med den tilgang af stigen af afstande," sagde Sækken.

I mellemtiden, kosmologer også har en ACE i hullet: den baryon akustiske svingninger (BAO). Så snart universet Modnes, den samme lyd bølger, der var præget på CMB, venstre klumper af stof, som voksede i galaktiske stjernehobe. Placeringen af galakser på himlen, er det nødvendigt at bevare den oprindelige forholdet mellem lydbølger, og, som før, den sammenligning er indlysende billedet med sin beregnes den faktiske størrelse bestemmer den afstand. Metode CMB, BAO metode giver dig mulighed for at lave en kosmologisk hypotese. Men de sidste par år, han støtter værdier af Hubble-konstant på niveauet af Planck. Den fjerde iteration af Sloan Digital Sky Survey, som er en global kortlægning af himlen, der udgør galaxy kort vil bidrage til at afklare disse målinger.

Dette betyder ikke, at de hold, der kæmper for stigen af afstande og CMB, der blot venter på de andre metoder til bilæggelse af tvister. For at styrke grundlaget for distance, skridt, afstande til Cepheider i mælkevejen, mission Gaia i det Europæiske rum Agentur er at forsøge at afgøre den præcise afstande til en milliard forskellige nærtliggende stjerner, herunder Cepheider. Gaia, som er i kredsløb tæt på Solen end Jorden, og bruger den mest pålidelige foranstaltninger: parallax eller tilsyneladende forskydning af stjernerne i forhold til det celestiale baggrunden, når sonden når frem til den modsatte punkter af sin bane. Når i 2022 vil der blive udstedt et komplet sæt af Gaia data, vil det give yderligere grobund for tillid astronomer. RISS har allerede fundet antydninger i fordel af det højeste af Hubble konstanten, der bruges, når foreløbige resultater fra Gaia.

Kosmologer håber også at konsolidere deres måling ved hjælp af cosmology telescope i Atacama-ørkenen i Chile, og de South pole telescope, der kan scanne med høj præcision resultater af Planck. Og hvis de resultater, der nægter at komme sammen, for derefter at lukke hullet teoretikere vil prøve. "Godt, når modellen er brudt. Bekræftelse af modellen er uinteressant".

For Eksempel, kan du tilføje en ekstra partikel i standardmodellen for Universet. CMB giver et estimat af den totale energi, budget, kort tid efter Big Bang, da det blev delt ind i sagen og høj energi stråling. Som det fremgår af den berømte formel for ækvivalensen af Einstein ' s E = mc², den energi, der fungerede som noget, bremse den ekspansion af rummet med sin tyngdekraft. Men sagen er en mere effektiv bremse. Over tid, stråling, lys fotoner og andre lette partikler, som neutrino — afkølet og tabt energi, den gravitationelle indflydelse svækket.

I øjeblikket er der tre typer af neutrinoer. Hvis der var en fjerde, som foreslået af nogle teoretikere, på den side af stråling i den oprindelige energi budget af universet var en lille smule mere, og sprede sig til denne del hurtigere. Dette ville betyde, at det tidlige univers udvidet hurtigere end forudsagt af listen over ingredienser i den moderne kosmologi. I fremtiden, at denne tilføjelse kunne forene de to forskellige resultater. Men neutrino detektorer har endnu ikke afsløret nogen antydninger af en fjerde type neutrino, og andre målinger, Rem, der har begrænset den samlede mængde af overskydende stråling.

En Anden mulighed — den såkaldte phantom mørk energi. Reel kosmologisk model betyde, at mørk energi er en konstant kraft. Hvis mørk energi bliver stærkere med tiden, hun ville forklare, hvorfor universet i dag udvider sig hurtigere, end du ville tænke, hvis man kigger på det tidlige Univers. Men den variable mørk energi synes helt overflødige. Kosmologer og astrofysikere er tilbøjelig til at tro, at det snarere problemer i de eksisterende metoder, snarere end nye fysik.

Friedman mener, at den eneste løsning er at bekæmpe ild med ild er en ny observation af Universet. Sammen med Madora de er i færd med at gennemføre en separat måling, der er kalibreret, ikke kun for Cepheider, men også for andretyper af variable stjerner og lyse røde kæmper. De næste eksempler kan studeres ved hjælp af automatiske teleskop med en bredde på 30 cm, og langt vil bidrage til at udforske rumteleskoper Hubble og Spitzer. Da hun var i stand til at klare med de mørke og ukontrolleret af Sandidge, hun er klar til at besvare den udfordring, holdet Rem og RISSA.

"De sagde, at vi er forkerte. Jamen, se på det," hun vittigheder.