С какой скоростью расширяется вселенная: Астрономы подсчитали скорость расширения Вселенной как никогда точно

101. Как быстро расширяется Вселенная?. Твиты о вселенной

101. Как быстро расширяется Вселенная?. Твиты о вселенной

ВикиЧтение

Твиты о вселенной
Чаун Маркус

Содержание

101. Как быстро расширяется Вселенная?

Степень расширения Вселенной количественно определяется постоянной Хаббла. Лучшая современная оценка: 73 (км/с)/мегапарсек (1 Мпк = 3,26 млн световых лет).

Это означает, что галактики, расположенные в 3,26 млн световых лет друг от друга, удаляются со скоростью 73 км/с из-за расширения от Большого взрыва.

Однако Вселенная не всегда расширялась с такой скоростью, с какой она расширяется сегодня. Фактически у скорости расширения была пестрая история.

Наивно было думать, что Вселенная быстро расширилась от Большого взрыва и замедлялась с этого момента, поскольку расширение заканчивается конденсацией. Все гораздо сложнее.

Первоначально был только вакуум. Он «раздулся» с феноменальной скоростью, удвоив размер Вселенной по крайней мере в 60 раз в первые доли секунды.

Когда «инфляция» закончилась, огромная энергия вакуума была вброшена в создание материи и нагревание ее до огромных температур. Это был горячий Большой взрыв.

После инфляции Вселенная расширялась с гораздо меньшей скоростью, постепенно уменьшающейся из-за тормозящего действия галактик, придерживающих друг друга.

Но в последнее время — в течение последних нескольких млрд лет — налицо большой сюрприз. Расширение Вселенной, которое было замедлено, ускорилось снова.

Астрономы полагают, что пустое пространство содержит странный вид энергии. Отталкивающая гравитация этой «темной энергии» ускоряет расширение Вселенной.

Очевидный вопрос: есть ли связь между растущей инфляцией и увеличением темной энергии? Никто не знает.

Если управляемое темной энергией расширение продолжится, то оно раздвинет галактики. К 100-млрдному году н. э. в наблюдаемой Вселенной останется только галактика Млечный Путь.

ВСЕЛЕННАЯ

ВСЕЛЕННАЯ
Размеры окружающей нас Вселенной и, даже более скромно и более точно, размеры исследованной нами части Вселенной, далеко превышают человеческое воображение. Древним людям трудно было представить себе, что Земля — это шар. Сегодня, когда самолеты без посадки

VIII. Куда расширяется Вселенная?

VIII. Куда расширяется Вселенная?
Может показаться, будто все эти разговоры о геометрии и динамике к делу не относятся. Однако теперь мы готовы разобраться, куда же на самом деле расширяется Вселенная. Беда в том, что общая теория относительности и наши наблюдения на этот

Расширяется Вселенная или стареют фотоны?

Расширяется Вселенная или стареют фотоны?
Следующий шаг в понимании космологической проблемы сделал соотечественник Александра Фридмана — Матвей Бронштейн. Его участие в физике Вселенной началось в 1931 году с первой обзорной статьи о космологии в журнале «Успехи

Расширяющаяся Вселенная

Расширяющаяся Вселенная
Тот прозаический факт, что Вселенная существует, уже сам по себе разбивает всякие доводы и циников, и закоренелых прагматиков.
Стивен Кинг «Темная Башня 1: Стрелок»
Несмотря на эти парадоксы, парадигма стационарной бесконечной Вселенной не

Глава 6. Астрономия. Почему Вселенная расширяется со все большейскоростью?

Глава 6. Астрономия. Почему Вселенная расширяется со все большейскоростью?
Разведка — вот что вам предстоит! Не нанесение на карту звезд и изучение туманностей, а вычерчивание неведомые возможностей бытия.
Слова Кью, обращенные к капитану Пикару («Звездным путь:

Многоликая Вселенная

Многоликая Вселенная
Андрей Дмитриевич Линде. 10 июня 2007 года, Москва, ФИАН (фото: фонд «Династия»)
Во-первых, я должен сказать, что я немножечко робею. Я в этом зале выступал много раз. Сначала я здесь учился, и когда всё это началось, я был студентом Московского

92. Как гигантские черные дыры стали настолько большими так быстро?

92. Как гигантские черные дыры стали настолько большими так быстро?
Некоторые из наиболее отдаленных квазаров, которые образовались вскоре после Большого взрыва, уже содержали черные дыры с 10 млрд масс Солнца.Существование чудовищных черных дыр в столь ранней истории

Вселенная

Вселенная
96. Насколько велика Вселенная?
Для того чтобы ответить на вопрос, как велика Вселенная, в первую очередь необходимо определить, что мы имеем в виду, говоря слово «Вселенная».Ключевой факт: Вселенная не существовала всегда. Она была «рождена». Из того, что

VIII. Куда расширяется Вселенная?

VIII. Куда расширяется Вселенная?
Может показаться, будто все эти разговоры о геометрии и динамике к делу не относятся. Однако теперь мы готовы разобраться, куда же на самом деле расширяется Вселенная. Беда в том, что общая теория относительности и наши наблюдения на этот

Вселенная расширяется так, будто бы идет вразнос

Комсомольская правда

НаукаНаука: Клуб любознательных

Владимир ЛАГОВСКИЙ

11 марта 2021 12:06

Галактики разбегаются быстрее, чем им предписывает теория

Галактики, особенно те, которые оказались ближе к краю мироздания, заспешили от его центра.

Наблюдая в рамках обзора MASSIVE за соседними массивными галактиками, расположенными в радиусе 100 мегапарсеков (Mpc) от Земли – это 330 миллионов световых лет, астрономы Калифорнийского университета (University of California, Berkeley), что называется, походя, измерили скорость расширения Вселенной – так называемую постоянную Хаббла. Измерили по-своему. И получили не совсем тот результат, который следовало бы ожидать. Скорость оказалась выше, чем предсказывала современная теория и давали многочисленные прежние измерения. Выше примерно на 9 процентов. Что, однако, соответствовало той скорости, о которой 2 года назад сообщили ученые из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University).

Калифорнийские исследователи, которыми руководила профессор астрономии и физики Ма Чун-Пэй (Chung-Pei Ma), используя наземные и космические телескопы, наблюдали за изменениями яркости (surface brightness fluctuation — SBF) 63 эллиптических галактик. Что позволило определить и расстояния до каждой, и скорости их разбегания.

Предшественники астрономов из Беркли, ведомые Адамом Риссом (Adam Riess) — нобелевским лауреатом, который еще в 2011 году удостоился престижной премии по физике, как раз доказывая, что Вселенная расширяется ускоренно, наблюдали за звездами в соседней галактике— Большом Магеллановом облаке. И посредством орбитального телескопа Хаббл (Hubble Space Telescope) обнаружили, что она убегает от нас подозрительно быстро — на 9 процентов быстрее, чем следовало бы из теоретических предпосылок. Сообщение об этом появилось в свое время в журнале Astrophysical Journal Letters.

То, что Вселенная расширяется, конечно же, не новость. Давно известно. Не известно до сих пор, почему она расширяется быстрее, чем «положено». То есть, из расчетов получается одна скорость, а наблюдения демонстрируют другую — увеличенную. Принято считать, что с увеличением расстояния до какой-нибудь галактики на мегапарсек — это примерно 3,3 миллиона световых лет — скорость ее убегания возрастает на 67 километров в секунду. А согласно измерениям Рисса, скорость возрастает на 73 километра в секунду. Что как раз соответствует 9-процентной прибавке.

Расширение Вселенной в упрощенном виде: раздувается как пузырь.

Наблюдения, на основе которых были сделаны выводы об ускорении в расширении Вселенной, состоялись еще в 2016 году. В 2018 году ученые их подтвердили, воспользовавшись данными, полученными с помощью европейского космического телескопа «Gaia».

И вот теперь из Беркли пришло очередное подтверждение: скорость расширения Вселенной скорее 73 km/s/Mpc, чем 67. Точнее, если верить группе Ма Чун-Пэй, 73.3±2.4 km/s/Mpc. Похоже, что так оно и есть на самом деле, раз две независимые группы исследователей получили примерно одно и то же.

О том, что и как намерили Ма Чун-Пэй с коллегами, описано в The Astrophysical Journal.

СТРАШНЫЕ ПРОРОЧЕСТВА АСТРОФИЗИКОВ

Вселенная разорвется

В том, что галактики разлетаются все быстрее и быстрее, ученые «винят» то темную материю, то темную энергию. Толком не знают, что представляют, из себя эти таинственные субстанции, но полагают, что порождаемые ими силы отталкивания, значительно превышают гравитационное притяжение.

NASA показало, как выглядит звездное небо в объектив широкоугольной камеры Hubble’s Wide Field Camera 3 космического телескопа Hubble Space Telescope.

Роберт Кодвелл (Robert Caldwell) из Дартмурского колледжа (Dartmouth College) и его коллеги из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Pasadena) в свое время прикинули, чем может закончиться «разлет». И пришли к выводу, что Вселенная дорасширяется до Большого Разрыва (Big Rip). То есть, лопнет. Вместе со всей материей. Правда, не скоро — через 22 миллиарда лет. Но кто знает, вдруг нынешнее ускорение свидетельствует о том, что развязка чуть ближе — надвигается, простите уж за каламбур, ускоренными темпами.

Согласно теории Большого разрыва, выдвинутой учеными, за 60 миллионов лет до этого вселенского апокалипсиса распадется наша галактика — Млечный путь. Планеты Солнечной системы разлетятся кто куда за 3 месяца до Конца всех Концов. За полчаса до него превратится в пыль Земля. А в последнее мгновение распадутся атомные ядра. То есть, всё сущее.

Что будет после Большого разрыва? Может, уже больше ничего и никогда. Но не исключено, что распавшаяся материя вдруг вновь соберется в некую невероятно плотную точку — сингулярность, и взорвется новым Большим Взрывом (Big Bang). Как в прошлый раз — около 14 миллиардов лет назад, после чего образовавшаяся Вселенная, собственно, и начала расширятся.

Большой взрыв, в итоге, закончится Большим разрывом. То есть, Концом всех Концов.

Вселенная погрузится во тьму

Куда больше времени отпустили нынешней Вселенной астрофизики, работающие по проекту GAMA (Galaxy and Mass Assembly), в рамках которого они анализируют излучение звезд и звездных скоплений в разных частотных диапазонах — от ультрафиолетового до инфракрасного. Ученые обследовали 220 тысяч галактик. И обнаружили, что их излучение затухает.

О чем доложил руководитель исследования профессор Симон Драйвер (Professor Simon Driver) из международного центра радиоастрономии , (International Centre for Radio Astronomy Research ICRAR) in Western Australia), выступая на ассамблее Международного астрономического союза (International Astronomical Union’s General Assembly in Honolulu), которая состоялась в 2015 году. Вывод: наша Вселенная меркнет.

Напомню для ясности: по принятой ныне теории, Вселенная произошла в результате Большого взрыва. Тогда и получила всю свою энергию. Далее расходовала ее в соответствии с формулой Эйнштейна: Е= МС в квадрате. Со временем запасы энергии истощились. В результате за последние 2,3 миллиарда лет интенсивность излучения звезд снизилась аж в два раза. По крайней мере обследованные галактики продемонстрировали именно такую тенденцию во всех диапазонах.

Затухание не может длиться бесконечно долго. Когда-нибудь энергия Вселенной иссякнет вовсе. И она потухнет, как керосиновая лампа, оставшаяся без керосина. То есть, Вселенная не вечная, если, конечно, верить профессору и его коллегам, работающим по проекту GAMA.

До полного Конца – до кромешной тьмы, правда, еще очень далеко. Расчеты ученых показывают: все звезды погаснут через 100 триллионов лет (10 в 13-й степени). Пройдут еще 10 в 16-й степени лет, и всё вещество, оставшееся от звезд, поглотят черные дыры. И сами исчезнут через 10 в 99-й степени лет. А это — почти вечность

Возрастная категория сайта 18+

Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.

И.О. ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.

Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без
предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой
право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные
сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой
массовой информации или нарушением иных требований закона.

АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781
127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.

Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте
www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской
Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности
принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не
подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было
форме без письменного разрешения правообладателя.

Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]

Если вселенная расширяется, то куда.

Куда расширяется Вселенная

Думаю, что все уже слышали, что Вселенная расширяется
,

и часто мы её представляем, как огромный шар, наполненный Галактиками и туманностями, который увеличивается из какого-то меньшего состояния и закрадывается мысль, что в начале времён Вселенная


вообще была зажата в точечку.

Тогда возникает вопрос, а что же находится за границей

, и куда Вселенная расширяется


? Но, о какой границе идёт речь?! Разве Вселенная

не бесконечна?! Всё-же попробуем в этом разобраться.

Расширение Вселенной и сфера Хаббла

Давайте представим, что наблюдаем в суперогромный телескоп, в которой видно, что угодно во Вселенной

. Она расширяется и её галактики удаляются от нас. Причём, чем пространственно дальше относительно нас находятся они, тем быстрее галактики удаляются. Давайте посмотрим всё дальше и дальше. И на каком-то расстоянии выяснится, что все тела удаляются относительно нас со световой скоростью. Так образуется сфера, которая называется, сфера Хаббла

. Сейчас до неё чуть менее 14 млрд.св.лет

, и всё за её пределами улетает относительно нас быстрее света. Казалось бы, что это противоречит Теории Относительности

, ведь скорость не может превышать световую. Но нет, ведь тут речь не о скорости самих объектов, а о скорости расширения пространства

. А это совсем другое и она может быть какой угодно.

Но мы можем посмотреть и дальше. На некотором расстоянии объекты удаляются настолько быстро, что мы их вообще никогда не увидим. Фотоны, испущенные в нашу сторону просто никогда не достигнут Земли. Они словно человек, идущий против движения эскалатора. Будут уноситься назад быстро расширяющимся пространством. Граница, где такое происходит, называется Горизонтом частиц

. Сейчас до него около 46,5 млрд.св.лет

. Расстояние это увеличивается, ведь Вселенная расширяется


. Это граница, так называемой, Наблюдаемой Вселенной

. И всё за пределами этой границы, мы никогда никогда не увидим.

И вот тут вот самое интересное. А что же за ней? Может быть, это и есть ответ на вопрос?! Оказывается всё очень прозаично. На самом-то деле никакой границы нет. И там на миллиарды миллиарды километров простираются такие же Галактики, звёзды и планеты.

Но как?! Как так получается?!

Центр расширения вселенной и горизонт частиц

Просто Вселенная

разлетается довольно хитро. Это происходит в каждой точке пространства одинаково. Словно мы взяли координатную сетку и увеличиваем её масштаб. От этого и правда кажется, что все Галактики удаляются от нас. Но, если вы переместимся в другую Галактику, то увидим эту же картину. Теперь все объекты будут удаляться от неё. То есть, в каждой точке космоса будет казаться, что мы находимся в центре расширения

. Хотя никакого центра нет.

Поэтому, если мы окажемся рядом с Горизонтом частиц

, соседние Галактики не будут разлетаться от нас быстрее скорости света. Ведь Горизонт частиц

переместиться вместе с нами и опять окажется очень далеко. Соответственно, сместятся границы Наблюдаемой Вселенной

и мы увидим новые Галактики, ранее недоступные для наблюдения. И такую операцию можно проделывать бесконечно. Можно раз за разом перемещаться к горизонту частиц, но тогда он сам будет смещаться, открывая взору всё новые просторы Вселенной

. То есть, мы не достигнем ее границ никогда, и получается, что Вселенная

и правда бесконечна

. Ну, а границы есть только у наблюдаемой ее части.

Что-то похожее происходит и на Земном шаре

. Нам кажется, что горизонт — это граница земной поверхности, но стоит переместиться в ту точку и окажется, что никакой границы то нет. У Вселенной

нет предела, за которым отсутствует пространство-время

или что-то типа такого. Просто здесь мы наталкиваемся на бесконечностью

, которая для нас непривычна. Но можно сказать так, Вселенная

всегда была бесконечной и растягивается продолжая оставаться бесконечной. Она может это делать потому, что у пространства нет мельчайшей частицы. Оно может растягиваться сколь угодно долго. Вселенной, для расширения, не нужны границы и области куда расширяться. Так, что этого куда просто не существует.

Так подождите-ка, а как же Большой Взрыв

?! Разве всё, что существует в космосе не было сжато в одну малюсенькую точечку?!

Нет! Сжата в точечку была лишь наблюдаемая граница Вселенной

. А вся в целом она никогда не имела границ. Чтобы понять это, давайте вообразим себе Вселенную

через миллиардные доли секунды после , когда наблюдаемая её часть была размером с баскетбольный мяч. Даже тогда мы можем перемещаться к Горизонту частиц

и вся видимая Вселенная

будет сдвигаться. Мы можем проделывать это сколько угодно раз и окажется, что Вселенная

действительно бесконечна

.

И мы можем проделывать тоже самое и раньше. Таким образом, перемещаясь во времени назад, мы окажемся всё ближе к Большому Взрыву

. Но при этом, каждый раз мы будем обнаруживать, что Вселенная бесконечна

в каждый период времени! Даже в мгновение
Большого Взрыва! И получается, что он случился не в какой-то конкретной точечке, а повсюду, в каждой точечке, не имеющего предела Космоса.

Однако, это только теория. Да, достаточно согласованная и логичная, но не лишённая недостатков.

В каком состоянии находилось вещество в мгновение Большого Взрыва

? Что было до него и почему он вообще произошел? Пока что, на эти вопросы чётких ответов нет. Но научный мир не стоит на месте, и может быть даже мы станем очевидцами разгадки этих тайн.

Мироздание не статично. Это подтвердили исследования астронома Эдвина Хаббла еще в 1929 году, то есть почти 90 лет назад. На эту мысль его навели наблюдения за движением галактик. Еще одним открытием астрофизиков в завершение двадцатого века стало вычисление расширения Вселенной с ускорением.

Как называют расширение Вселенной

Некоторые удивляются, услышав, как ученые называют расширение Вселенной. Это наименование у большинства связано с экономикой, причем с негативными ожиданиями.

Инфляция — это процесс расширения Вселенной сразу после её появления, причем с резким ускорением. В переводе с английского «инфляция» — «накачивать», «раздувать».

Новые сомнения о существовании темной энергии как фактора теории инфляции Вселенной используют противники теории расширения.

Тогда ученые предложили карту черных дыр. Первоначальные данные отличаются от тех, что были получены на позднем этапе:

1. Шестьдесят тысяч черных дыр с расстоянием между самыми дальними больше одиннадцати миллионов световых лет — данные четырехлетней давности.
2. Сто восемьдесят тысяч галактик с черными дырами с удалением в тринадцать миллионов световых лет. Данные, полученные учеными, в том числе российскими ядерными физиками, в начале 2017 года.

Эти сведения, говорят астрофизики, не противоречат классической модели Вселенной.

Скорость расширения Вселенной — задача для космологов

Скорость расширения действительно является задачей для космологов и астрономов. Правда, о том, что скорость расширения Вселенной не имеет постоянного параметра, космологи больше не спорят, расхождения перешли в другую плоскость — когда расширение начало ускоряться. Данные о кочевании в спектре очень далеких сверхновых галактик первого типа доказывают, что расширение — это не внезапно наступивший процесс.

Ученые считают, что первые пять миллиардов лет Вселенная сужалась.

Первые последствия Большого Взрыва сначала спровоцировали мощное расширение, а потом началось сжатие. Но темная энергия все-таки повлияла на рост мироздания. Причем с ускорением.

Американские ученые приступили к созданию карты размеров Вселенной для разных эпох, чтобы выяснить, когда началось ускорение. Наблюдая взрывы сверхновых, а также направление концентрации в древних галактиках, космологи заметили особенности ускорения.

Почему Вселенная «разгоняется»

Изначально подразумевалось, что в составленной карте значения ускорения не были линейны, а превратились в синусоиду. Ее назвали «волной Вселенной».

Волна Вселенной говорит о том, что ускорение не шло с постоянной скоростью: оно то замедлялось, то ускорялось. Причем несколько раз. Ученые считают, что было семь таких процессов за 13,81 миллиарда лет после Большого Взрыва.

Однако космологи пока не могут ответить на вопрос о том, от чего зависит ускорение-замедление. Предположения сводятся к мысли, что энергетическое поле, от которого берет начало темная энергия, подчинено волне Вселенной. И, переходя от одного положения к другому, Вселенная то расширяет ускорение, то замедляет его.

Несмотря на убедительность доводов, они все-таки остаются пока теорией. Астрофизики надеются, что информация орбитального телескопа «Планк» подтвердит существование волны Вселенной.

Когда нашли темную энергию

Впервые о ней заговорили в девяностые из-за взрывов сверхновых. Природа темной энергии неизвестна. Хотя еще Альберт Эйнштейн выделил космическую постоянную в своей теории относительности.

В 1916 году, сто лет назад, Вселенная еще считалась неизменной. Но сила притяжения вмешалась: космические массы неизменно бы ударились друг от друга, если бы Вселенная была недвижима. Эйнштейн объявляет гравитацию за счет космической силы отталкивания.

Жорж Леметр обоснует это через физику. Вакуум содержит энергию. Из-за её колебаний, приводящих к появлению частиц и дальнейшего их разрушения, энергия приобретает силу отталкивания.

Когда Хаббл доказал расширение Вселенной, Эйнштейн назвал чушью.

Влияние темной энергии

Мироздание раздвигается с постоянной скоростью. В 1998 году миру представили данные анализа вспышек сверхновых первого типа. Было доказано, что Вселенная разрастается все быстрее.

Происходит это из-за непознанного вещества, её прозвали «темной энергией». Выяснится, что она занимает почти 70 % пространства Вселенной. Суть, свойства и природа темной энергии не изучены, но её ученые пытаются выяснить, имелась ли она в других галактиках.

В 2016 году вычислили точную скорость расширения на ближайшее будущее, но появилось несовпадение: Вселенная расширяется с большей скоростью, чем ранее предположили астрофизики. В среде ученых разгорелись споры о существовании темной энергии и её влиянии на скорость расширения пределов мироздания.

Расширение Вселенной происходит без темной энергии

Теорию независимости процесса расширения Вселенной от темной энергии выдвинули ученые в начале 2017 года. Расширение они объясняют изменением структуры Вселенной.

Ученые из Будапештского и Гавайского университетов пришли к выводу, что несовпадение расчетов и реальной скорости расширения связаны с изменением свойств пространства. Никто не учитывал, что происходит с моделью Вселенной при расширении.

Усомнившись в существовании темной энергии, ученые объясняют: самые большие концентраты материи Вселенной влияют на её расширение. При этом остальное содержание распределяется равномерно. Однако факт остается неучтенным.

Для демонстрации обоснованности своих предположений ученые предложили модель мини-Вселенной. Они представили её в форме набора пузырьков и начали просчет параметров роста каждого пузырька с собственной скоростью, зависящей от его массы.

Такое моделирование Вселенной показало ученым, что она может изменяться без учета энергии. А если «примешать» темную энергию, то модель не изменится, считают ученые.

В общем-то, споры все еще продолжаются. Сторонники темной энергии говорят, что она влияет на расширение границ Вселенной, противники стоят на своем, утверждая, что значение имеет концентрация материи.

Скорость расширения Вселенной сейчас

Ученые убеждены, что расти Вселенная начала после Большого Взрыва. Тогда, почти четырнадцать миллиардов лет назад, оказалось, что скорость расширения Вселенной больше скорости света. И она продолжает расти.

В книге Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова «Кратчайшая история времени» отмечается, что скорость расширения границ Вселенной не может превышать 10 % за миллиард лет.

Чтобы определить, какова скорость расширения Вселенной, летом 2016 года лауреат Нобелевской премии Адам Рисс рассчитал расстояние до пульсирующих цефеид в близких друг к другу галактиках. Эти данные позволили вычислить скорость. Выяснилось, что галактики на расстоянии не меньше трех миллионов световых лет могут отдаляться со скоростью почти 73 км/с.

Результат был удивителен: орбитальные телескопы, тот же «Планк», говорили о 69 км/с. Почему зафиксирована такая разница, ученые не в силах дать ответ: им ничего не известно о происхождении темной материи, на которую опирается теория расширения Вселенной.

Темная радиация

Еще один фактор «разгона» Вселенной обнаружили астрономы с помощью «Хаббла». Темное излучение, как предполагают, появилось в самом начале образования Вселенной. Тогда больше в ней было энергии, а не материи.

Темное излучение «помогло» темной энергии расширить границы Вселенной. Расхождения в определении скорости ускорения были из-за неизвестности этого излучения, считают ученые.

Дальнейшая работа «Хаббла» должна сделать наблюдения более точными.

Таинственная энергия может уничтожить Вселенную

Такой сценарий ученые рассматривают уже несколько десятилетий, данные космической обсерватории «Планк» говорят, что это далеко не только предположения. Их опубликовали в 2013 году.

«Планк» замерил «эхо» Большого взрыва, появившееся в возрасте Вселенной около 380 тысяч лет, температура составила 2 700 градусов. Причем температура менялась. «Планк» определил и «состав» Вселенной:

• почти 5 % — звезды, космическая пыль, космический газ, галактики;
• почти 27 % — масса темной материи;
• около 70 % — темная энергия.

Физик Роберт Колдуэл предположил, что темная энергия обладает силой, способной нарастать. И эта энергия разъединит пространство-время. Галактика будет отдаляться в ближайшие двадцать-пятьдесят миллиардов лет, считает ученый. Этот процесс будет происходить при нарастающем расширении границ Вселенной. Это оторвет Млечный Путь от звезды, и он тоже распадется.

Космосу отмерили около шестидесяти миллионов лет. Солнце станет карликовой гаснущей звездой, и от нее отделятся планеты. После взорвется Земля. В следующие тридцать минут пространство разорвет атомы. Финалом станет разрушение структуры пространство-время.

Куда «улетает» Млечный Путь

Иерусалимские астрономы убеждены, что Млечный Путь набрал максимальную скорость, которая выше скорости расширения Вселенной. Ученые объясняют это стремлением Млечного Пути к «Великому Аттрактору», считающемуся самым крупным Так Млечный Путь уходит из космической пустыни.

Ученые используют разные методики измерения скорости расширения Вселенной, поэтому нет единого результата этого параметра.

Когда мы смотрим на далекую Вселенную, мы всюду видим галактики — во всех направлениях, на миллионы и даже миллиарды световых лет. Поскольку есть два триллиона галактик, которые мы могли бы наблюдать, сумма всего, что за ними, больше и круче самых смелых наших представлений. Один из самых интересных фактов состоит в том, что все галактики, которые мы когда-либо наблюдали, подчиняются (в среднем) одним и тем же правилам: чем они дальше от нас, тем быстрее они от нас и удаляются. Это открытие, сделанное Эдвином Хабблом и его коллегами еще в 1920-х годах, привело нас к картине расширяющейся Вселенной. Но что с того, что она расширяется? Наука знает, а теперь и вы узнаете.

На первый взгляд этот вопрос может показаться здравым. Потому что все, что расширяется, обычно состоит из вещества и существует в пространстве и времени Вселенной. Но сама Вселенная — это пространство и время, содержащее материю и энергию в себе. Когда мы говорим, что «Вселенная расширяется», мы имеем в виду расширение самого пространства, в результате которого отдельные галактики и скопления галактик удаляются друг от друга. Проще всего было бы представить шарик теста с изюмом внутри, который выпекается в печи, считает Этан Зигель.

Модель расширяющейся «булочки» Вселенной, в которой относительные расстояния увеличиваются по мере расширения пространства

Это тесто — ткань пространства, а изюминки — связанные структуры (вроде галактик или скоплений галактик). С точки зрения любой изюминки, все остальные изюмы будут от нее отходить, и чем они дальше — тем быстрее. Только в случае Вселенной печи и воздуха за пределами теста не существует, есть только тесто (пространство) и изюм (вещество).

Красное смещение создают не просто удаляющиеся галактики, а скорее пространство между нами

Откуда мы знаем, что это пространство расширяется, а не галактики удаляются?

Если вы видите, что во всех направлениях от вас удаляются объекты, есть только одна причина, способная это объяснить: расширяется пространство между вами и этими объектами. Также можно было бы предположить, что вы находитесь возле центра взрыва, и многие объекты просто находятся дальше и удаляются быстрее, потому что получили больше энергии взрыва. Если бы это было так, мы могли бы доказать это двумя способами:

• На больших расстояниях и высоких скоростях будет меньше галактик, поскольку со временем они сильно распространились бы в пространстве
• Отношение красного смещения и расстояния будет принимать конкретную форму на больших расстояниях, которая будет отличаться от формы, если бы расширялась ткань пространства

Когда мы смотрим на большие расстояния, мы находим, что дальше во Вселенной плотность галактик выше, чем ближе к нам. Это согласуется с картиной, в которой пространство расширяется, потому что смотреть дальше — то же самое, что смотреть в прошлое, где произошло меньше расширения. Мы также обнаруживаем, что отдаленные галактики имеют отношение красного смещения и расстояния, соответствующее расширению пространства, и совсем нет — если бы галактики просто быстро удалялись от нас. Наука может ответить на этот вопрос двумя разными способами, и оба ответа поддерживают расширение Вселенной.

Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью?

Мы называем ее постоянной Хаббла, но она является постоянной только в пространстве, а не во времени. Вселенная в настоящий момент расширяется медленнее, чем в прошлом. Когда мы говорим о скорости расширения, мы говорим о скорости на единицу расстояния: около 70 км/c/Мпк сегодня. (Мпк — это мегапарсек, примерно 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотностей всех разных вещей во Вселенной, включая материю и излучение. По мере расширения Вселенной материя и излучение в ней становятся менее плотными, а вместе с падением плотности падает и скорость расширения. Вселенная расширялась быстрее в прошлом и замедляется со времен Большого Взрыва. Постоянная Хаббла — это неверное название, ее стоило бы назвать параметром Хаббла.

Далекие судьбы Вселенной предлагают разные возможности, но если темная энергия действительно постоянна, как показывают данные, мы будем следовать красной кривой

Будет ли Вселенная расширяться вечно или когда-нибудь остановится?

Несколько поколений астрофизики и космологи ломали голову над этим вопросом, и ответить на него можно, только определив скорость расширения Вселенной и все типы (и количества) энергии, присутствующие в ней. Мы уже успешно измерили, сколько имеется обычной материи, излучения, нейтрино, темной материи и темной энергии, а также скорость расширения Вселенной. Основываясь на законах физики и произошедшем в прошлом, складывается впечатление, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя вероятность этого не 100%; если нечто вроде темной энергии будет вести себя иначе в будущем по сравнению с прошлым и настоящим, все наши выводы придется пересмотреть.

Галактики движутся быстрее скорости света? Разве это не запрещено?

С нашей точки зрения, расширяется пространство между нами и удаленной точкой. Чем дальше она от нас, тем быстрее, как нам кажется, она удаляется. Даже если скорость расширения была бы крошечной, далекий объект однажды пересек бы порог любой предельной скорости, потому что скорость расширения (скорость на единицу расстояния) многократно умножилась бы при достаточном расстоянии. ОТО одобряет такой сценарий. Закон того, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, применяется только к движению объекта через пространство, а не к самому расширению пространства. В реальности сами галактики движутся на скорости всего в несколько тысяч километров в секунду, что намного ниже предела в 300 000 км/с, установленного скоростью света. Именно расширение Вселенной вызывает рецессию и красное смещение, а не истинное движение галактики.

В пределах наблюдаемой Вселенной (желтый круг) находится приблизительно 2 триллиона галактик. Галактики, которые находятся ближе, чем на треть пути до этой границы, мы никогда уже не сможем догнать из-за расширения Вселенной. Для освоения силами людей открыто всего 3% объема Вселенной

Расширение Вселенной является необходимым следствием того, что материя и энергия наполняют пространство-время, которое подчиняется законам общей теории относительности. Пока есть материя, есть и гравитационное притяжение, так что либо гравитация победит и все снова сожмется, либо гравитация проиграет и победит расширение. Нет никакого центра расширения и нет ничего вне пространства, которое расширяется; именно сама ткань Вселенной расширяется. Что самое интересное, даже если бы мы покинули Землю на скорости света сегодня, мы смогли бы посетить всего 3% галактик в наблюдаемой Вселенной; 97% из них уже вне зоны нашей досягаемости. Вселенная сложна.

оБ УБНПН ДЕМЕ, ЬФПФ ЧПРТПУ ВЕУРПЛПЙФ, ОБЧЕТОПЕ, ЧУЕИ ХЮЕОЩИ:)
чЙДЙНБС ЮБУФШ чУЕМЕООПК ТБУЫЙТСЕФУС – ЖБЛФ. рТЙНЕОЙЧ УЧПА ФЕПТЙА ПФОПУЙФЕМШОПУФЙ ЛП ЧУЕМЕООПК, бМШВЕТФ ьКОЫФЕКО ПВОБТХЦЙМ, ЮФП ФБЛПЗП ТЕЫЕОЙС, ЛПФПТПНХ ХДПЧМЕФЧПТСМБ ВЩ ОЕ НЕОСАЭБСУС УП ЧТЕНЕОЕН ЧУЕМЕООБС, ОЕ РПМХЮБЕФУС. юФПВЩ ДПВЙФШУС УФБГЙПОБТОПУФЙ ЧУЕМЕООПК ПО ЧЧЕМ ДПРПМОЙФЕМШОПЕ УМБЗБЕНПЕ – Ф.О. МСНВДБ-ЮМЕО. оП ДП УЙИ РПТ ОЙЛФП ОЕ УНПЗ ОБКФЙ ЛБЛПЗП-МЙВП ЖЙЪЙЮЕУЛПЗП ПВПУОПЧБОЙС ЬФПЗП ДПРПМОЙФЕМШОПЗП ЮМЕОБ. рПЪЦЕ Ч ОБЮБМЕ 20-И ЗЗ. б.б.жТЙДНБО ТЕЫЙМ ДМС ЧУЕМЕООПК ХТБЧОЕОЙС ПВЭЕК ФЕПТЙЙ ПФОПУЙФЕМШОПУФЙ, ОЕ ОБЛМБДЩЧБС ХУМПЧЙС УФБГЙПОБТОПУФЙ. пО ДПЛБЪБМ, ЮФП НПЗХФ УХЭЕУФЧПЧБФШ ДЧБ ТЕЫЕОЙС ДМС ЧУЕМЕООПК: ТБУЫЙТСАЭЙКУС НЙТ Й УЦЙНБАЭЙКУС НЙТ. рПМХЮЕООЩЕ жТЙДНБОПН ХТБЧОЕОЙС ЙУРПМШЪХАФ ДМС ПРЙУБОЙС ЬЧПМАГЙЙ ЧУЕМЕООПК Й Ч ОБУФПСЭЕЕ ЧТЕНС. ч 1929 З. ьДЧЙО иБВВМ РПДФЧЕТДЙМ ТБУЫЙТЕОЙЕ ЧЙДЙНПК ЮБУФЙ ЧУЕМЕООПК. пО ЙУРПМШЪПЧБМ ЬЖЖЕЛФ дПРМЕТБ. пО ПВОБТХЦЙМ Ф.О. ЛТБУОПЕ УНЕЭЕОЙЕ Ч УРЕЛФТБИ ЗБМБЛФЙЛ. нБМП ФПЗП, ПО ХУФБОПЧЙМ ФБЛ ЦЕ, ЮФП ВПМЕЕ ДБМЕЛЙЕ ЗБМБЛФЙЛЙ ДЧЙЦХФУС ЪОБЮЙФЕМШОП ВЩУФТЕЕ. ьФПФ ЪБЛПО РПМХЮЙМ ОБЪЧБОЙЕ «ЪБЛПО иБВВМБ». ч РПУМЕДУФЧЙЙ ПВОБТХЦЙМЙ ЕЭЕ Й ТЕМЙЛФПЧПЕ ЙЪМХЮЕОЙЕ…
«б ЮФП ФБН ДБМШЫЕ?»
рП УХФЙ, ПФЧЕФЙФШ ОБ ЬФПФ ЧПРТПУ НПЦОП ДЧХНС РХФСНЙ – ЙЪХЮЙФШ ФП, ЮФП ОБИПДЙФУС ЧОЕ ЧУЕМЕООПК ЙМЙ ЙЪХЮЙФШ ФП, ЮФП ВЩМП ДП РПСЧМЕОЙС ОБЫЕК ЧУЕМЕООПК. лБЛ ОЙ УФТБООП, ОП ОБ ДБООПН ЬФБРЕ ТБЪЧЙФЙС ЮЕМПЧЕЮЕУФЧБ, ОБН «РТПЭЕ» ЙЪХЮБФШ РТПЫМПЕ ЧУЕМЕООПК. пРСФШ ЦЕ, ЛБЛ ОЙ УФТБООП, ЙЪХЮБФШ ЬЧПМАГЙА ЗЙЗБОФУЛПК ЧУЕМЕООПК ОБН РПНПЗБАФ УБНЩЕ НЕМШЮБКЫЙЕ, ЙЪЧЕУФОЩЕ ОБН, ЮБУФЙГЩ – Ч ыЧЕКГБТЙЙ УПЪДБЕФУС УБНЩК ВПМШЫПК Ч НЙТЕ ХУЛПТЙФЕМШ ЮБУФЙГ, РТЕДРПМБЗБЕФУС, ЮФП ЕЗП УФТПЙФЕМШУФЧП РПЪЧПМЙФ ЮБУФЙЮОП ЧПУУПЪДБФШ ФПФ НЙТ, НЙТ, Ч ЛПФПТПН ОЕ ВЩМП… ОЕ ВЩМП ОБУ…
рП РПЧПДХ ФПЗП, ЮФП ЦЕ «ФБН» НПЦОП ЗБДБФШ Й ЖБОФБЪЙТПЧБФШ ВЕУЛПОЕЮОП – ЧПЪНПЦОП, ФБН УПЧУЕН ОЕЪОБЛПНЩК ОБН НЙТ У БВУПМАФОП ЙОЩНЙ УЧПКУФЧБНЙ РТПУФТБОУФЧБ Й ЧТЕНЕОЙ, НПЦЕФ ФБН ОБИПДЙФУС ОЕЛЙК ЧОЕЫОЙК НЙТ, УП УЧПЙНЙ «ТБЪХНОЩНЙ» УХЭЕУФЧБНЙ, ЙМЙ ФБН ОБИПДЙФУС Ф.О. вПЗ, Б НПЦЕФ ФБН Й ЧПЧУЕ РПРТПУФХ ОЙЮЕЗП ОЕФ:(рТЙЮЕН, ЕУФШ ЧЕТПСФОПУФШ, ЮФП ФБН ОЕФ ОЕ ФПМШЛП ЧЕЭЕУФЧБ, ОП Й ФБЛЙИ РПОСФЙК, ЛБЛ «ЧТЕНС» ЙМЙ «РТПУФТБОУФЧП»… ч ОБУФПСЭЕЕ ЧТЕНС ТЕБМШОЩИ ЗЙРПФЕЪ П ФПН, ЮФП «ФБН» ОЕ УХЭЕУФЧХЕФ — РПРТПУФХ ОЕ ОБ ЮФП ПРЕТЕФШУС….
еУФШ ПЮЕОШ ЙОФЕТЕУОПЕ, ЕНЛПЕ Й РПОСФОПЕ УТБЧОЕОЙЕ. чПФ НЩ УЕКЮБУ ЛБЛ ТЩВЩ – ПОЙ РМБЧБАФ ФПМШЛП Ч ЧПДЕ Й ОЕ ЪОБАФ ОЙЮЕЗП П УХЭЕУФЧПЧБОЙЙ ЧОЕЫОЕЗП НЙТБ Й НБМП ФПЗП, Ч УЙМХ ПРТЕДЕМЕООЩИ ЖЙЪЙЮЕУЛЙИ ПЗТБОЙЮЕОЙК НЩ ОЕ НПЦЕН РТПЧЕТЙФШ ЕУФШ ФБН ЮФП-ФП ЙМЙ ОЕФ. оП, ЧЕДШ, ОЕ ЧУЕ ТЩВЩ ЦЙЧХФ Ч ФПМЭЕ ЧПДЩ, ОЕЛПФПТЩЕ ЦЕ ЪБ НЙММЙПОЩ МЕФ ЬЧПМАГЙЙ ЧЩТБВПФБМЙ УРПУПВОПУФШ ЧЩРТЩЗЙЧБФШ ЙЪ ЧПДЩ Й, ДБЦЕ, ПИПФЙФУС ОБ УХЭЕУФЧБ ЙЪ «ЧОЕЫОЕЗП НЙТБ». оБН ПУФБЕФУС ФПМШЛП ОБДЕСФШУС ОБ ФП, ЮФП Й НЩ ЛПЗДБ-ОЙВХДШ ЪБЗМСОЕН Ч ФПФ НЙТ Й ВХДЕФ Х ОБУ ОПЧЩК «зБЗБТЙО»… б, ЧППВЭЕ, ПУЧПЕОЙЕ ОПЧЩИ «ЙЪНЕТЕОЙК»(УЛПТЕЕ РПДИПДЙФ РТПУФТБОУФЧ, ОП ОЕ ЪЧХЮЙФ ЬФ УМПЧП:)) ЪБЛПОПНЕТОП ДМС РПОСФЙС «ьЧПМАГЙС» — УОБЮБМБ ТЩВЩ ПУЧПЙМЙ УХЫХ, РПФПН ЧПЪДХИ, ФЕРЕТШ НЩ, МАДЙ, ПУЧПЙМЙ ЛПУНПУ, Б ПЮЕТЕДОЩН, ОБЙВПМЕЕ ЧЕТПСФОЩН «ЙЪНЕТЕОЙЕН» УЕКЮБУ, ЛБЛ ТБЪ РТЕДУФБЧМСЕФУС ЬФПФ НЙТ ЪБ ЗТБОЙГЕК ЧУЕМЕООПК…
___________________________________
рТЙ ОБРЙУБОЙЙ ЬФПЗП ПФЧЕФБ ЙУРПМШЪПЧБМБУШ ЬОГЙЛМПРЕДЙС «бЧБОФБ+». рПНОЙФУС, ЮФП ЮЕМПЧЕЛ ЙОЙГЙЙТПЧБЧЫЙК УПЪДБОЙЕ УБКФБ БУЛНЙ ВЩМ РТЙЮБУФЕО Й Л УПЪДБОЙА ЬФПК УЕТЙЙ ЬОГЙЛМПРЕДЙК — ЧПФ ФПМШЛП ЙНС ЕЗП С ЪБРБНСФПЧБМ — НПЦЕФ, ЛФП ЙЪ УФБТПЦЙМ УБКФБ РТПУФЙФ НОЕ НПЕ ОЕЧЕЦЕУФЧП Й ОБРПНОЙФ, Б?

Как быстро расширяется Вселенная? Космологи еще больше запутались

Стареющие красные звезды-гиганты находятся в центре внимания нового метода, измеряющего текущую скорость расширения Вселенной. Предоставлено: NASA/ESA/SPL

На протяжении большей части этого десятилетия два самых точных показателя скорости расширения Вселенной находились в явном противоречии. Теперь долгожданная независимая методика, которая, как надеялись космологи, решит эту загадку, вместо этого усугубляет путаницу.

В результатах, опубликованных ¹ 16 июля и опубликованных в Astrophysical Journal , группа под руководством астронома Венди Фридман из Чикагского университета в Иллинойсе представляет метод измерения расширения с использованием красных гигантских звезд. Он обещал заменить метод, который астрономы использовали более века, но на данный момент измерение скорости не смогло разрешить спор, потому что оно находится на полпути между двумя спорными значениями.

«На данный момент Вселенная просто издевается над нами, верно?» написал один астрофизик о статье.

«Сейчас мы пытаемся понять, как все это сочетается друг с другом», — сказал Фридман Nature . Если несоответствие космических скоростей не будет разрешено, некоторые из основных теорий, которые космологи используют для интерпретации своих данных, — например, предположения о природе темной материи — могут оказаться неверными. «Фундаментальная физика висит на волоске», — говорит Фридман.

Космический спидометр

Американский астроном Эдвин Хаббл и другие в 1920-х годах открыли, что Вселенная расширяется, показав, что большинство галактик удаляются от Млечного Пути — и чем дальше они находятся, тем быстрее они удаляются. Примерно постоянное соотношение между скоростью и расстоянием стало известно как постоянная Хаббла. Хаббл обнаружил, что на каждый дополнительный мегапарсек (около 3,26 миллиона световых лет) расстояния галактики удаляются на 500 километров в секунду быстрее, поэтому постоянная Хаббла составляла 500 километров в секунду на мегапарсек.

На протяжении десятилетий астрономы существенно снижали оценку по мере совершенствования методов измерения. Фридман впервые применил космический телескоп Хаббла в 1990-х годах для (подходящего) измерения постоянной Хаббла и рассчитал значение около 72 с погрешностью около 10%. Группа под руководством лауреата Нобелевской премии Адама Рисса из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, провела самые точные измерения на сегодняшний день, и их последнее значение составляет 74 с погрешностью всего 1,9.1% ² .

Но предпринятое в последнее десятилетие отдельное усилие затормозило работу. Ученые из миссии «Планк» Европейского космического агентства нанесли на карту реликтовое излучение Большого взрыва, называемое космическим микроволновым фоном, и использовали его для расчета основных свойств Вселенной. Используя стандартные теоретические предположения о космосе, они рассчитали постоянную Хаббла как 67,8.

Разница между 67,8 и 74 может показаться небольшой, но она стала статистически значимой по мере совершенствования обоих методов. Итак, теоретики начали задаваться вопросом, кроется ли причина несоответствия в стандартной теории космологии, называемой ΛCDM, которая предполагает наличие невидимых частиц темной материи, а также таинственной силы отталкивания, называемой темной энергией. Но они изо всех сил пытались найти поправку к теории, которая могла бы решить проблему и по-прежнему согласовываться со всем, что известно о Вселенной. «Трудно смотреть на ΛCDM и видеть, где находятся свободные нити, которые, если вы потянете их, распутают», — говорит Рокки Колб, космолог из Чикагского университета.

Техника Фридмана обновляет ключевой элемент установленного метода измерения Хаббла и дает значение 69,8.

Сложность измерения постоянной Хаббла заключается в надежном измерении расстояний до галактик. Первая оценка Хаббла основывалась на измерении расстояний до ближайших галактик путем наблюдения за отдельными яркими звездами, называемыми цефеидами. Астроном Генриетта Свон Ливитт в начале двадцатого века обнаружила, что фактическая яркость этих звезд предсказуема. Таким образом, измеряя их яркость на фотопластинках, она могла вычислить, насколько далеко находятся звезды. Астрономы называют такие указатели стандартными свечами.

Но с тех пор исследователи пытаются найти лучшие стандартные свечи, чем цефеиды, которые, как правило, существуют в густонаселенных, заполненных пылью регионах, что может искажать оценки их яркости. «Единственный способ докопаться до сути — это иметь независимые методы, а до этого момента у нас не было проверок цефеид», — говорит Фридман, которая большую часть своей карьеры посвятила совершенствованию точности и аккуратности. измерений цефеид. «Она знает, где похоронены все тела, — говорит Колб.

Фридман и ее коллеги полностью обошли цефеиды и вместо них использовали в качестве эталонных свечей красные гиганты — старые звезды, которые раздулись — вместе со взрывами сверхновых, которые служат указателями для более далеких галактик.

Расчет гигантов

Красные гиганты более распространены, чем цефеиды, и их легко обнаружить в периферийных областях галактик, где звезды хорошо отделены друг от друга и пыль не представляет проблемы. Их яркость варьируется в широких пределах, но в целом население галактики красными гигантами имеет удобную особенность. Яркость звезд увеличивается в течение миллионов лет, пока не достигает максимума, а затем внезапно падает. Когда астрономы наносят на карту большую группу звезд по цвету и яркости, красные гиганты выглядят как облако точек с острым краем. Звезды на этом краю могут служить стандартными свечами.

Команда Фридмана использовала этот метод для расчета расстояний до 18 галактик и получила оценку постоянной Хаббла, которая впервые имеет точность, сравнимую с точностью исследований на основе цефеид.

Рисс говорит, что исследование красных гигантов по-прежнему опирается на предположения о количестве пыли в галактиках, особенно в Большом Магеллановом Облаке, которое исследование использовало в качестве опорной точки. «Пыль очень сложно оценить, и я уверен, что будет много дискуссий» о том, почему подход авторов приводит к более низкой оценке постоянной Хаббла, — говорит он.

Результат статистически совместим с предсказанием Планка и расчетом цефеид Рисса — это означает, что полосы погрешностей вычислений перекрываются — и точность метода будет улучшаться по мере накопления данных о красных гигантах. По словам Колба, в ближайшем будущем они смогут победить цефеиды.

Стрелка могла сместиться в сторону одного из других значений. Или он может остаться на месте, и другие методы могут в конечном итоге сойтись с ним. На данный момент космологам есть над чем ломать голову.

Как быстро расширяется Вселенная?

Эдвин Хаббл стоит у 48-дюймового телескопа Паломарской обсерватории. Предоставлено: Институт Карнеги в Вашингтоне,

. Вселенная, уже ошеломляюще большая, на самом деле постоянно становится больше. Некоторые из ближайших к нам галактик удаляются со скоростью, превышающей 240 000 километров в час (150 000 миль в час). И это медленные тычки; самые далекие галактики на самом деле удаляются от нас быстрее скорости света. Однако этот высокоскоростной галактический исход не нарушает никаких законов физики, поскольку это Вселенная 9.0053 сам , который расширяется — та самая пространственно-временная ткань, на которой сшито все сущее.

В космологии для понимания происхождения, эволюции и судьбы нашей Вселенной нет более важного числа, чем скорость отступления. С тех пор, как знаменитый астроном Эдвин Хаббл обнаружил расширение Вселенной в 1920-х годах, ученые стремились определить скорость роста Вселенной, удачно названную постоянной Хаббла. Можно было бы ожидать конвергенции, поскольку новые и лучшие методы используются для измерения постоянной Хаббла. В резком различии между самыми мощными техниками вместо этого возникла глубокая и все более запутанная пропасть. измерительная пропасть раскололась настолько широко, что исследователи теперь сильно, хотя и неохотно, подвергают сомнению наше базовое понимание космической истории. Все громче раздаются слухи о том, что нужно прибегнуть к «новой физике» — по сути, о введении спекулятивных «фальшивых факторов», чтобы временно ограничить проблему и наметить возможные решения.

Среди главных действующих лиц этой разворачивающейся научной драмы Венди Фридман. Профессор астрономии и астрофизики Университета Джона и Мэрион Салливан в Чикагском университете, а также член его Института космологической физики им. Кавли (KICP), Фридман изучал постоянную Хаббла в течение трех десятилетий.

Профессор Венди Фридма

Она была пионером в прямом измерении постоянной Хаббла здесь, в современной Вселенной. Фридман и его коллеги полагаются на звезды, называемые переменными цефеидами, яркость которых меняется в регулярном цикле. (Сам Хаббл сделал свое новаторское открытие, опираясь на такие же звезды.) Ученые могут сравнить видимую яркость этих звезд, уменьшающуюся с расстоянием, с их уже известной собственной яркостью. Этот метод работает точно так же, как если бы одна и та же свеча была помещена на разном расстоянии по дороге от наблюдателя здесь, на Земле. Сочетание этого сравнения яркости со сдвигом света от удаляющихся объектов, известным как красное смещение, которое показывает, насколько быстро удаляется галактика, позволяет исследователям построить надежную «космическую лестницу расстояний», как они ее называют.

На протяжении многих лет исследователи продолжали сводить к минимуму планки ошибок, присущие методу цефеид, получая все более точные оценки того, насколько быстро расширяется наша Вселенная. «В этом красота действительно точных измерений в космологии», — говорит Фридман. «Локально мы можем измерить постоянную Хаббла — скорость расширения — напрямую».

Прямые измерения — наряду с измерениями взрывающихся, более далеких звезд, называемых сверхновыми, — дали значение постоянной Хаббла около 73 километров в секунду (45 миль в секунду) на мегапарсек. Переводя это с астрономического языка: каждая единица расстояния от нас, называемая мегапарсеком, равна примерно 3,3 миллионам световых лет, причем один световой год соответствует тому, как далеко свет проходит в течение года (ошеломляющие 90,5 триллиона километров, или 5,9 триллиона миль), галактика удаляется от нас со скоростью 74 километра в секунду из-за расширения Вселенной.

Недавнее исследование под руководством Адама Рисса из Научного института космического телескопа (STScI) и Университета Джона Хопкинса еще больше зафиксировало это значение локальной постоянной Хаббла. С помощью космического телескопа Хаббла, снова названного в честь отца современной космологии, Рисс и его коллеги наблюдали большую выборку переменных звезд-цефеид в соседней галактике, тщательно опираясь на данные, накопленные на сегодняшний день. Их работа уменьшила оставшуюся неопределенность в точности метода цефеид до ничтожных 1,9.%.

Другой конкурирующий метод измерения постоянной Хаббла остановился на значении 67,4 километра в секунду на мегапарсек. Это значение получено в результате наблюдения за самым ранним светом во Вселенной, который может достичь наши телескопы, известным как космический микроволновый фон. Этот свет восходит к тому времени, когда Вселенной было всего 380 000 лет, и его часто называют реликтовым излучением Большого взрыва, момента, когда зародился наш космос.

В целом вероятность того, что значения, полученные с помощью двух методов расчета констант Хаббла, являются просто статистической случайностью, довольно мала — примерно 1 к 100 000. Несоответствие выглядит вполне реальным.

Так что дает?

«Либо есть ошибки, которые мы не обнаружили, в одном или обоих методах, — говорит Фридман, — либо, возможно, в нашей текущей стандартной модели отсутствует новая фундаментальная физика».

Прежде чем опрокинуть тележку с яблоками, Фридман и ее коллеги в этой области разрабатывают новые методы, которые могут получить представление о постоянной Хаббла. Эти методы не зависят от, казалось бы, проверенных временем цефеид и космического фонового излучения. «Цефеиды — отличный метод — я провел большую часть своей карьеры, работая над ними!» говорит Фридман. «Однако при данной технике нужно беспокоиться о «неизвестных». Единственный способ проверить это — провести независимые измерения».

В июле 2019 года Фридман и его коллеги провели именно такое независимое измерение, объявив о своих первоначальных результатах с использованием другого типа звезд, называемых звездами ветви красных гигантов. Утолщая график еще больше, метод пришел к постоянной Хаббла, равной примерно 70, — щелчок в середине дуэли, преобладающих методов.

Еще один многообещающий новый метод включает гравитационные волны — получившие широкую огласку «рябь» в пространственно-временной ткани Вселенной, впервые окончательно обнаруженную только в 2015 году в ходе эксперимента LIGO. (Соучредители LIGO получили в 2016 году премию Кавли в области астрофизики, а одним из победителей стал Райнер Вайс из Института астрофизики и космических исследований им. Кавли Массачусетского технологического института, именуемого MKI.) нейтронных звезд или и того, и другого, эти гравитационные волны распространяются со скоростью света в космосе. В тех случаях, когда свет также достигает Земли от таких слияний, что позволяет измерить скорость разбегания, гравитационные волны могут служить независимым показателем собственных расстояний до сталкивающихся объектов. Два исследователя из Института Кавли — Даниэль Хольц из KICP и Скотт Хьюз из MKI — придумали эту технику в 2005 году. Недавно они применили ее к первому зарегистрированному слиянию нейтронных звезд, зафиксированному гравитационными волнами. И вот, значение постоянной Хаббла, которое он выдал, также было равно 70, как и приближение звезды красного гиганта Фридмана.

В конечном счете, все еще есть надежда, что почти 10-процентный разрыв между выкопанными значениями постоянной Хаббла еще может быть преодолен. Может быть, новая физика и не понадобится. Может быть, Вселенная расширяется прямолинейно, без каких-либо хитростей в рукаве.

Но если какие-то космологические махинации действительно имеют место, Венди Фридман и ее многочисленные коллеги, связанные с Кавли, дадут нам знать. Как говорится, «следи за этим пространством».

Плохая астрономия | Как быстро расширяется Вселенная? Ответ зависит от того, как вы его измеряете, и это проблема

Вселенная расширяется.

Вау, мне до сих пор нравится это записывать. Это такое замечательное, лаконичное, простое утверждение, но оно имеет такие глубокие последствия, что могут пройти десятилетия, прежде чем мы поймем их все. И мы знаем, что это правда уже столетие.

Но это правда. У нас есть много независимых доказательств того, что это так. Это означает, что в прошлом Вселенная была меньше, и если вы повернете часы назад примерно на 13,8 миллиарда лет, вы обнаружите, что все в космосе было сжато в одно, невероятно горячее и плотное место. Снова запустите часы вперед, и вы получите начальные моменты Вселенной: Большой Взрыв.

Естественно возникает чрезвычайно важный вопрос: как быстро расширяется Вселенная? Оказывается, более удаленные объекты удаляются от нас быстрее, поэтому мы используем нечетную единицу для описания расширения: скорость на расстояние. Удвойте расстояние, и скорость, с которой объект удаляется, также удвоится.

У этого числа в астрономии есть имя: постоянная Хаббла. Эдвин Хаббл пытался рассчитать его еще в начале 20-го века, и с тех пор мы смогли многое уточнить. Это около 70 километров в секунду на мегапарсек (мегапарсек, или Мпк, равен одному миллиону парсеков или 3,26 миллиона световых лет; для сравнения, Галактика Андромеды находится на расстоянии менее 1 Мпк от нас). Так, в свободно расширяющейся Вселенной объект на расстоянии 1 Мпк будет удаляться от вас со скоростью 70 км/сек. Объект на расстоянии 10 Мпк убежит со скоростью 700 км/сек и так далее.

Странно, да? Но вот где все становится действительно странно. Существует множество различных способов измерения постоянной Хаббла. Один из них — делать это локально, глядя на близлежащие галактики, измеряя как расстояния до них, так и их скорости. У нас есть много способов измерить и то, и другое (о чем я расскажу чуть подробнее чуть позже). Когда вы это сделаете, вы получите постоянную Хаббла 73 км/сек/Мпк.

Другой способ — взглянуть на раннюю Вселенную, на вещи очень далекие. Примерно через 375 000 лет после образования Вселенной она достаточно расширилась, чтобы стать прозрачной. Было еще жарко, и теперь, сегодня, мы видим, что остатки тепла пронизывают все небо. Поскольку Вселенная продолжала расширяться, это тепло охлаждалось (вы также можете думать об этом как о свете от этого огненного шара, который смещался в красную сторону по мере того, как Вселенная расширялась от нас). Теперь мы видим это как непрерывное свечение микроволн, куда бы мы ни посмотрели.

Внимательно изучив это свечение, мы сможем многое узнать об условиях Вселенной того времени. Таким же образом мы можем рассчитать и постоянную Хаббла, и в результате вы получите примерно 67 км/сек/Мпк.

Эм. Ждать. Эти два числа разные. Это неловко.

Это действительно так. И становится хуже. Все локальные методы получают более высокий номер, а все дальние, ранневселенские — меньший. Как будто Вселенная не согласна сама с собой.

Это как строить мост через каньон, начиная с обоих концов, только чтобы они не пересекались посередине. Это немного напоминает мне рисунок М. К. Эшера «Бельведер». Это не имеет смысла.

Культовый «Бельведер» М. К. Эшера, парадоксальное здание, перспектива которого искажена умопомрачительно. Кредит: М. К. Эшер

Фото:
М. К. Эшер

На самом деле, когда эти числа были впервые определены, они были не так уж и далеки, потому что погрешность измерений была высокой. Какое-то время мы знали постоянную Хаббла с точностью до двух раз. Но по мере того, как измерения улучшались, мы начали замечать их расщепление.

Вот где все становится забавнее: Новый проект пытается определить местный номер. Его возглавил старый друг и коллега-аспирант Адам Рисс (который сыграл важную роль в обнаружении ускорения расширения Universal — подробнее об этом через секунду — и заслужил за это приличные похвалы). Они использовали космический телескоп Хаббла, чтобы посмотреть на очень специфический вид звезд, называемый переменной цефеидой. Эти звезды со временем расширяются и сжимаются, становятся ярче и тусклее. Столетие назад было обнаружено, что период, время, необходимое для того, чтобы они стали ярче и тускнели, был связан с общим количеством испускаемой ими энергии.

Это огромно: это означает, что если вы можете измерить их период, вы можете узнать их светимость. И тогда, если вы просто измерите, насколько яркими они кажутся, вы сможете найти расстояние до них! Это очень важно, потому что мы видим цефеиды в других галактиках, а это значит, что они дают нам метод определения расстояний до этих галактик. На самом деле именно команда Хаббла использовала это для определения расстояний до некоторых ближайших галактик еще в 1920-х годах.

Команда Рисса изучила 7 цефеид в нашей собственной галактике Млечный Путь и измерила не только их яркость, но и их параллакс, их видимое изменение положения по мере того, как Земля движется вокруг Солнца Курс астрономии: «Расстояния»?). Измеряя это смещение в течение нескольких лет, они могут получить очень точные расстояния до этих звезд.

Еще одним преимуществом является то, что мы используем Хаббл для наблюдения за этими цефеидами в других галактиках, так что это ставит все наблюдения в равные условия; сложнее добиться согласованности, когда вы используете разные обсерватории.

Одна из переменных цефеид, S Vulpeculae, наблюдалась с помощью Хаббла. Было установлено, что расстояние до нее составляет 10 124 световых года от Земли. Другие отмеченные звезды использовались для калибровки измерений расстояний. Кредит: Рисс и др.

Фото:
Рисс и др.

Таким образом, эта новая работа позволила уточнить измерения расстояний до этих цефеид Млечного Пути, которые находятся на расстоянии примерно от 5 500 до 12 000 световых лет. Используя эти более точные измерения для определения расстояния до внегалактических цефеид, команда Рисса обнаружила, что локальное значение постоянной Хаббла составляет 73,48 ± 1,66 км/сек/Мпк, что составляет примерно 4 % от прежнего значения.

Но что еще более важно, так это то, что они снизили неопределенность этого значения, то есть мы считаем это значение более точным. Это, в свою очередь, означает, что более низкое значение, полученное с помощью измерений ранней Вселенной, действительно отличается. Дело не только в том, что наши измерения шатки; Вселенная действительно говорит нам, что тогда все было иначе. Вероятность того, что это совпадение или что-то ненастоящее, составляет примерно 1 к 4600. Я приму эту ставку. Это реально.

Что все это значит? Короче говоря, это означает, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем в прошлом. Чтобы было ясно, мы уже знали это: астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется еще в 1998 году (Рисс был в одной из двух независимых групп, обнаруживших это). Но эти новые результаты, похоже, указывают на то, что ускорение даже выше, чем мы думали.

Это сверхглубокое поле Хаббла, и почти все, что вы видите в нем, — это далекая галактика, удаленная от нас на миллиарды световых лет. Авторы и права: НАСА, Европейское космическое агентство, Х. Теплиц и М. Рафельски (IPAC/Калифорнийский технологический институт), А. Кукемур (STScI), Р. Виндхорст (Университет штата Аризона) и З. Левай (STScI)

Фото:
НАСА, ЕКА, Х. Теплиц и М. Рафельски (IPAC/Калифорнийский технологический институт), А. Кукемор (STScI), Р. Виндхорст (Университет штата Аризона) и З. Левай (STScI)

Что это значит? Это хороший вопрос, на который существует слишком много возможных ответов. Возможно, темная энергия, странная сущность, стоящая за ускорением, может быть сильнее, чем ожидалось. Возможно, со временем он растет; это идея, которая была подброшена в течение некоторого времени. Дело в том, что мы просто не знаем, что такое темная энергия, из чего она состоит и как она себя ведет. Эти новые наблюдения могут помочь.

Но может быть и что-то другое. Темная материя также играет роль: некоторая форма материи, которая, как мы думаем, не очень хорошо сочетается с нормальной материей и светом, поэтому ее невозможно увидеть напрямую. Она превосходит по массе обычную материю во Вселенной в 5 раз, и мы знаем, что она где-то там. Но если она будет вести себя каким-то необычным образом, например, немного взаимодействуя с обычной материей, это может изменить то, как со временем развивается сама Вселенная.

Вот в чем дело: мы не знаем. Все это довольно ново и доводит наше оборудование и наши теории до предела. Вот почему это все еще прибивается. Помните, мы знали о существовании других галактик только около ста лет, и что их расширение ускоряется последние 20 лет.