Avklaring pris av Universet kan føre til ny fysikk

Det var tidlig på 1990-tallet. Carnegie-Observatoriet i Pasadena, California, var tom for julehøytiden. Wendy Lausingen, ett i biblioteket jobbet på store og vanskelige problem: pris av utvidelsen av Universet. Carnegie var grobunn for slikt arbeid. Det var her, i 1929, Edwin Hubble først så fjerne galakser flyr bort fra melkeveien, Hoppende i den utvendige gjenger av den voksende plass. Hastigheten på denne flyten ble kalt Hubble konstant.

Stille drift Friedman var snart avbrutt når biblioteket ble ødelagt av andre astronom Allan av Sendic, den vitenskapelige etterfølgeren til Hubble, som tiår med regler og raffinert Hubble konstant, konsekvent forsvare den langsomme tempoet i ekspansjon. Friedman var en av de siste forsvarte høyere priser, og Sandig så henne kjetterske forskning.

"Han var så sint, sier Friedman, som nå jobber ved University of Chicago i Illinois, "det var det øyeblikket jeg innså at vi var alene i hele bygningen. Jeg tok et skritt tilbake og tenke at vi ikke er den mest vennlige områder av vitenskapen".

Denne opposisjonen ble borte, men ikke helt. Sendic døde i 2010, og av den tiden, de fleste astronomer avtalt på Hubble-konstanten i et smalt område. Men, den nyeste data sannsynligvis ville ha likt Sandigo, peke på det faktum at Hubble konstant er 8% lavere enn ledetall. Nesten hundre år astronomer har beregnet det, er nøye med å måle avstanden til nærmeste en del av universet, og beveger seg mer og mer. Men nylig astrophysicists har målt konstant utenfor, basert på kart over cosmic microwave background (CMB), oppdaget de etterglød av the Big Bang, som ble bakgrunnen for det synlige Universet. Antakelser om hvordan push-tacica av energi og materie i Universet endret tempo plass ekspansjon siden dannet cosmic microwave background, astrophysicists kan ta sine kort og justere Hubble konstant i moderne lokale Universet. Tallene må stemme overens. Men de er ikke det samme.

Kanskje en av de tilnærminger er noe galt. Begge sider på jakt etter svakheter i sine egne og andre metoder, og senior tall som Friedman, i en hast for å sende inn sine egne forslag. "Vi vet ikke i hvilken retning alt dette vil føre, sier Friedman.

Men hvis avtalen er ikke nådd, vil det være en sprekk i hvelvingen av moderne kosmologi. Dette kan bety at eksisterende teorier mangler en bestemt ingrediens, som gikk mellom den nåværende og den gamle fortid, veving i en kjede av interaksjoner av CMB med dagens Hubble konstant. Hvis så, da historien vil bli gjentatt. På 1990-tallet, Adam Riess, som nå er en astrofysiker ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, ledet av en av de grupper som oppdaget mørk energi, frastøtende kraft som akselererer utvidelsen av Universet. Dette er en av de faktorer som CMB beregninger bør ta hensyn til.

Nå et team av RISS fører søk etter Hubble konstant i nærheten plass og utover. Dens formål er ikke bare å avklare antall, men også for å fange, vil det endre seg over tid, slik at selv mørk energi kan forklare det til. Men han forstår lite av hva som kan være den manglende faktor. Og han lurer på hva som skjer.

I 1927, Hubble har gått utover melkeveien, bevæpnet med den største på den tiden med teleskop i verden, 2,5 meter hooker teleskop, som ble stående på mount Wilson ovenfor Pasadena. Han tok et bilde av spiral av svake punkter, som nå er kjent som galakser, og målt rødhet i deres lys som Doppler skift mot lengre bølgelengder av lys. Å sammenligne "rødforskyvning" av galakser fra sin lysstyrke, Hubble kom til interessante konklusjoner: dimmer og, presumptivt, neste var en galaxy, jo raskere er det fjernet. Derfor, universet ekspanderer. Og så, Universet har en begrenset alder, nedtelling, som startet med the Big Bang.

Kosmiske striden

Debatt om temaet Hubble konstant og frekvensen av utvidelsen av Universet begynte å spille med fornyet styrke. Astronomer har kommet til et visst antall, med klassisk teknikk av "stigen avstand", eller astronomiske observasjoner av det lokale universet. Men disse verdiene er i konflikt med den kosmologiske beregninger gjort på grunnlag av kartene på tidlige universet og knyttet til den dag i dag. Fra denne tvisten, følger det at veksten i universet kan mate den manglende ingrediensen.

For å bestemme frekvensen av ekspansjon og tilsvarende konstant — Hubble trengte en real avstanden til galaksene, og ikke bare i forhold basert på deres tilsynelatende lysstyrke. Så han begynte den møysommelige prosessen med å bygge en ekstern stigen — fra melkeveien til nærliggende galakser og utover, til ytterkanten av den voksende plass. Hvert trinn på stigen må være kalibrert "standard lys": objekter som beveger seg, pulsere, flash eller rotere på en slik måte at det er mulig å fastslå nøyaktig hvor langt unna de er.

Det Første trinnet virket ganske robust: variable stjerner, kalt Cepheids, som øker og reduserer lysstyrken etter noen dager eller uker. Lengden av denne syklusen angir en intern lysstyrken til stjerner. Å sammenlikne den observerte lysstyrken på Cepheids med en lysstyrke som kommer fra hennes å nøle, Hubble kunne beregne avstanden til det. Teleskopet Ved Mount Wilsonkunne se flere av Cepheids i nærliggende galakser. For å fjerne galakser, han antok at de klareste stjernene på dem vil ha samme interne lysstyrke. Selv i de mest fjerntliggende galakser, Hubble var ment å være standard lys med en jevn glød.

Selvfølgelig, disse forutsetningene var ikke av de beste. Første gang publisert Hubble konstant var 500 kilometer per sekund per megaparsec — det vil si at for hver 3.25 millioner lysår at han var ute i verdensrommet, den ekspanderende universet er å skyve galakser på 500 kilometer per sekund raskere. Dette nummeret var feil, og underforstått at Universet bare 2 milliarder år, nesten sju ganger mindre enn det anses i dag. Men dette var bare begynnelsen.

I 1949, fullførte byggingen av en 5.1-meters teleskopet på Palomar i sør-California — like til den tid da Hubble tok et hjerteinfarkt. Han overrakte mantelen av Sandigo, trumf-observatørene, som tilbrakte de følgende tiårene, viser fotografiske plater i løpet av natten økter, arbeider med en gigantisk kameraet teleskop, skjelving og trenger pauser.

Med høyere oppløsning og høy Palomar svetomuzykalny kraft, Sandig vært i stand til å komme fra Cepheids i fjernere galakser. Han innså også at den lyse stjerner er Hubble var, faktisk, hele klynger. De var lysere av natur, og derfor mye lenger unna enn Hubble tenkte at, i tillegg til andre endringer, betydde mye lavere Hubble konstant. I 1980-m til år av Sendig stoppet på verdien av 50, som er sterkt forsvart. En av hans mest berømte motstandere, den franske astronom Gerard de Okulær, foreslått en verdi av 50. En av de viktigste parametrene i kosmologi løp bokstavelig talt to ganger.

På slutten av 1990-tallet av Lausingen, etter å ha gått gjennom utskjelling av Candidia, har satt et mål å løse puslespill med det nye verktøyet, som hvis bevisst laget for å fungere: Hubble-teleskopet. Hans klare blikk over toppen av atmosfæren tillatt teamet Friedman å identifisere individuelle Cepheid 10 ganger lenger enn Sandigo klarte med Palamara. Noen ganger i disse galaksene var som Cepheids og lyse beacons — Ia sne. Disse eksploderer hvit dverg stjernene er synlige gjennom rommet og bryte ut med en konstant og en maksimum lysstyrke. Kalibrert ved Cepheids, supernovae kan brukes av seg selv for å utforske de mest fjerntliggende delene av plass. I 2001, laget av Friedman snevret inn Hubble konstant 72 pluss eller minus 8, som satte en stopper for konflikten Sandidge og de wokulira. "Jeg var utslitt," sier hun. "Jeg trodde jeg var aldri gå tilbake til arbeid på Hubble konstant".

Edwin Hubble

Men så kom fysiker som har funnet den uavhengige metode for beregning av Hubble konstant med de mest fjerntliggende og flyttet til den røde delen av spekteret av mikrobølgeovn bakgrunn. I 2003, WMAP probe publisert sin første kart, som viste spektra av temperatur svingninger i (CMB). Dette kartet er ikke et vanlig stearinlys og en standard kriteriet: mønster av varme og kalde flekker i den primære suppe, generert av lydbølger som er bølger feide over den nyfødte Universet.

å Gjøre noen forutsetninger om ingrediensene i denne suppen — i form av kjente partikler, atomer og fotoner, noen ekstra usynlig stoffer som mørk materie og mørk energi — WMAP-teamet var i stand til å beregne den fysiske størrelsen på disse primære akustiske bølger. Det kan sammenlignes med relativ størrelse av lydbølger registrert i CMB flekker. Denne sammenligningen ga avstanden til mikrobølgeovn bakgrunn og verdien av utvidelsen pris av Universet ved første øyeblikk. Antakelser om hvordan vanlige partikler, mørk energi og mørk materie siden da endret utvidelsen WMAP-teamet var i stand til å gi en konstant verdi i samsvar med gjeldende rente av økningen. I utgangspunktet, de hentet en verdi av 72, i samsvar med hva som er funnet Friedman.

Men siden den astronomiske målinger av Hubble konstant viste høyere verdier, selv om feilen redusert. I de senere publikasjoner Riess gikk foran med et infrarødt kamera, montert i 2009 på Hubble-teleskopet, som kan bestemme avstander til Cepheids i melkeveien og tilordne dem til de mest fjerntliggende, mer rød slektninger blant de mer blå stjerner som er omgitt av normal Cepheids. Sistnevnte resultat, som ga laget RISSA — 73,24.

I mellomtiden Planck oppgave (ESA), som viste CMB i høy oppløsning og høy temperatur presisjon, understreket betydningen av 67.8. I henhold til lovene i statistikk, disse to verdiene er atskilt med mellomrom 3.4 Sigma ikke 5 Sigma, som i partikkelfysikk snakke om et signifikant resultat, men nesten. "Det er vanskelig å forklare statistiske feil," sier Chuck Bennett, en astrofysiker ved Johns Hopkins University, som ledet WMAP team.

Hver av partene peker på den andre. George Efstathios, en ledende cosmologist i Planck-team fra University of Cambridge, sa at Planck-dataene som er "absolutt uforanderlige". Fersk analyse av resultatene fra Planck 2013 gjort ham til å tenke. Han lastet ned data for Riess og publiserte sin egen analyse med lavere og mindre nøyaktig på Hubble-konstanten. Han mener at astronomer har funnet en "skitten" opp stigen.

Svar astronomer krav som produserer den faktiske dimensjon av moderne Universet, som en metode for å måle (CMB) baserer seg på mange av de kosmologiske forutsetninger.Hvis de ikke er enige, sier de, hvorfor ikke endre kosmologi? I stedet, "George Efstathios kommer ut og sier, vel, jeg kommer til å tenke på alle dine data, sier Barry Mador fra University of Chicago, mannen og kollega av Friedman 1980-tallet. Hva å gjøre? Du trenger å kutte Gordian knot.

Wendy Friedman mente at det var en studie fra 2001 avslørt av Hubble konstant, men debatten blusset opp med ny kraft.

På siden av astronomer, det er en metode som kalles gravitasjons brytningen. Rundt massive galaxy tyngdekraften selv forvrenger plass, og skaper en gigantisk linse som kan forvrenge lyset som kommer fra et fjernt lyskilde, som en quasar. Hvis justering av objektivet og quasar vil være et klart lys i flere kjørefelt vil rush til Jorden og vil lage en masse bilder lentinula galaxy. Hvis du er heldig, quasar varierer i lysstyrke, dvs., flimring. Hver klonet bildet flimrer også, men ikke på samme tid, fordi lyset stråler fra hvert bilde, velge forskjellige veier gjennom dette forvrengt plass. Forsinkelsen mellom blinker angir forskjellen i lengder av stier, samkjøre dem med størrelsen på galaxy, astronomer kunne bruke trigonometri til å beregne den absolutte avstanden til lentinula galaxy. Bare tre galakser ble nøye målt og så en annen seks blir studert i øyeblikket. I slutten av januar astrofysiker sherry Dyttet fra max Planck Institute for astrofysikk i Tyskland og hennes kolleger publiserte sine beste estimater av Hubble konstant. "Vår målingen er konsistent med tilnærming av stigen av avstander," sa Sekken.

I mellomtiden, cosmologists også har et ESS i hullet: den baryon akustiske svingninger (BAO). Så snart universet Modnes, den samme lydbølger som ble trykt på CMB, venstre klumper av saken som vokste i galaktiske klynger. Plasseringen av galakser på himmelen, er det behov for å beholde det opprinnelige forholdet mellom lydbølger, og, som før, sammenligningen er åpenbart bildet med sin beregnet den faktiske størrelsen bestemmer avstanden. Metode (CMB), BAO metoden gjør det mulig å gjøre en kosmologisk hypotese. Men de siste par årene, han støtter verdiene av Hubble konstant på nivå med Planck. Den fjerde utgaven av Sloan Digital Sky Survey, en global undersøkelse av himmelen, som utgjør galaxy kart vil bidra til å klargjøre disse målingene.

Dette betyr ikke at lagene kjemper for å stige av avstander og CMB, som bare venter på at den andre tvisteløsningsregler metoder. For å styrke grunnlaget for avstand trinn, avstander til Cepheids i melkeveien, oppdraget Gaia av den Europeiske romorganisasjonen prøver å finne ut den nøyaktige avstander til en milliard forskjellige nærliggende stjerner, inkludert Cepheids. Gaia, som er i bane nær Solen utover Jorden, og bruker den mest pålitelige tiltak: parallax eller relativ vekt av stjernene i forhold til det celestiale bakgrunnen når sonden når det motsatte punkter av sin bane. Når i 2022 vil bli utstedt et komplett sett av Gaia data, det vil gi ytterligere grunnlag for tillit av astronomer. RISS har allerede funnet hint og tips i favør av høyere på Hubble-konstanten, som brukes når foreløpige resultater fra Gaia.

Cosmologists håper også å konsolidere sin måling ved hjelp av cosmology telescope i Atacama-ørkenen i Chile og sydpolen teleskop, som kan skanne med høy presisjon resultatene fra Planck. Og hvis resultatene nekter å komme sammen, for deretter å lukke gapet teoretikere vil prøve. "Vel, når modellen er brutt. Bekreftelse av modellen er uinteressant".

Du kan for Eksempel legge til en ekstra partikkel i standardmodellen for Universet. (CMB) gir et estimat av den totale energiomsetningen kort tid etter Big Bang, da det ble delt inn i saken og høy energi stråling. Som følger fra den berømte formelen for ekvivalensen av Einsteins E = mc², energi handlet som materie, bremse ned utvidelsen av plass med sin tyngdekraften. Men saken er en mer effektiv brems. Over tid, stråling — lys som fotoner og andre lette partikler som neutrino — kjølt ned og mistet energi, gravitasjons innflytelse svekket.

For tiden er det tre typer neutrinos. Hvis det var en fjerde, som foreslått av noen teoretikere, på siden av stråling i den opprinnelige energien billig hotellrom i universet var litt mer og spre seg til denne del raskere. Dette, i sin tur, vil bety at den tidlige universet utvidet seg raskere enn det som var spådd av listen over ingredienser av moderne kosmologi. I fremtiden, dette tillegg kunne forene de to ulike resultater. Men neutrino detektorer har ennå ikke avslørt noen hint av en fjerde neutrino type, og andre målinger Stroppen har begrenset den totale mengden av overflødig stråling.

Et Annet alternativ — den såkalte phantom mørk energi. Ekte kosmologisk modell mener mørk energi er en konstant kraft. Om mørk energi blir sterkere med tiden, hun skulle forklare hvorfor universet i dag vokser raskere enn du skulle tro, ser på det tidlige Universet. Imidlertid, den variable mørk energi virker helt overflødig. Cosmologists og astrophysicists er tilbøyelig til å tro at heller problemer i eksisterende metoder heller enn ny fysikk.

Friedman mener at den eneste løsningen er å bekjempe ild med ild er en ny observasjon av Universet. Sammen med Madora de er i ferd med å gjennomføre en separat måling, kalibrert ikke bare for Cepheids men også for andretyper av variable stjerner og lyse røde kjemper. Neste eksempler kan studeres ved hjelp av automatiserte teleskop med en bredde på 30 cm, og langt vil bidra til å utforske verdensrommet Hubble-teleskop og Spitzer. Siden hun var i stand til å takle den mørke og uryddig av Sandidge, hun er klar til å svare på utfordringen i team Stropp og RISSA.

"De sa vi er feil. Vel, ser du," hun vitser.