Скорость расширения вселенной сейчас: Астрономы уточнили скорость расширения Вселенной — Naked Science

измерить скорость этого процесса помогут черные дыры

Ученые предложили новый метод, чтобы изучить процесс эволюции Вселенной.

Related video

Астрономы из Чикагского университета, США, предложили новый метод измерения скорости расширения Вселенной используя сигналы от столкновения черных дыр, сообщает SciTechDaily.

Скорость расширения Вселенной можно изучить с помощью гравитационных волн, которые появляются в результате столкновения черных дыр. По крайней мере так считают ученые Дэниел Хольц и Хосе Мария Эскиага из Чикагского университета. Ученые считают, что их новый метод, который они назвали «спектральной сиреной» поможет не только получить более точные данные о скорости расширения космоса, но также ученые смогут узнать больше о развитие Вселенной в первые миллиарды лет ее существования.

Скорость расширения Вселенной

Астрономы из Чикагского университета, США, предложили новый метод измерения скорости расширения Вселенной используя сигналы от столкновения черных дыр

Фото: Antifal Real

Сейчас ученые используют разные методы для расчета скорости расширения Вселенной, которая представлена в виде постоянной Хаббла. Об этой постоянной, а также о том, что ученые из NASA предложили новое значение для скорости расширения Вселенной, Фокус уже подробно писал. Если вкратце, то недавнее исследование предполагает, что космос расширяется со скоростью в 73 км/с на мегапарсек (1 мегапарсек – это примерно 3,3 млн световых лет).

Но ученые из Чикагского университета считают, что разные методы оценки скорости расширения космоса дают разные значения. Поэтому они предложили свой метод, который они считают наиболее точным для вычислений.

Столкновение черных дыр

По словам Хольца, скорость расширения Вселенной можно максимально точно рассчитать с помощью гравитационных волн, которые появляются в результате столкновения черных дыр.

По словам Хольца, скорость расширения Вселенной можно максимально точно рассчитать с помощью гравитационных волн, которые появляются в результате столкновения черных дыр

Фото: SciTechDaily

Эти гравитационные волны являются настолько мощным сигналом, который летит сквозь Вселенную на огромные расстояния. И эти сигналы способны принять на Земле два мощных детектора: LIGO, который находится в США и Virgo, который находится в Италии. За последние несколько лет эти детекторы уловили гравитационные волны от столкновений почти ста пар черных дыр.

«Сами гравитационные волны содержат в себе информацию о том, насколько огромными были первоначальные черные дыры. Но этот сигнал проходит слишком большое расстояние и может измениться, поэтому размер черной дыры может показаться большим, чем он есть на самом деле. Нужно просто понять, как изменился этот сигнал и это даст возможность узнать скорость расширения Вселенной», — говорит Хольц.

Особенности нового метода

Но, чтобы понять, насколько информация в сигнале отличается от первоначального значения, нужно использовать знания о размере известных черных дыр в качестве точки отчета, считают ученые.

«Большинство известных черных дыры превышают массу Солнца в диапазоне от 5 до 40 раз. То есть мы берем известную черную дыру со всеми ее особенностями и сравниваем с информацией от гравитационных волн насколько все изменилось при прохождении определенного расстояния. Таким образом мы можем рассчитать скорость расширения Вселенной», — говорит Хольц.

Ученые считают, что после модернизации детекторов гравитационных волн, с помощью их метода можно будет изучить эволюцию Вселенной в первые миллиарды лет ее существования.

«Теперь нужно получить тысячи сигналов от столкновений черных дыр, чтобы измерить более точно скорость расширения Вселенной и более подробно понять историю ее эволюции», — говорит Хольц.

За расширение Вселенной, как считается отвечает таинственная темная энергия. Фокус уже писал о том, что появилась новая теория, которая объясняет появление темной энергии из огромных участков пустоты в космосе, которые протираются на сотни миллионов световых лет. И эти пустоты постепенно приведут к тому, что Вселенная будет разделена.

94% галактик всегда будут за пределами досягаемости, даже если путешествовать со скоростью света / Хабр

ancotir

Научно-популярное Астрономия

Группа близких к Земле Галактик, до которых в теории может добраться человечество, если будет двигаться со скоростью света

Согласно подсчётам пользователя портала Bigthink, даже если человечество могло путешествовать со скоростью света, оно достигло бы лишь 6% галактик в пределах наблюдаемой Вселенной. Вселенная расширяется, большинство галактик отдаляются от нас значительно быстрее скорости света. Вне зависимости от того, сколько времени займёт путешествие, человечество никогда не догонит их.

Пользователь пишет, что с Земли мы можем наблюдать за объектами на расстоянии до 46,1 млрд световых лет. По средним оценкам, видимая Вселенная состоит из примерно 2 триллионов галактик. За отметкой в 14,5 млрд световых лет галактики отдаляются друг от друга значительно быстрее скорости света. Со временем скорость расширения падает, но остаётся относительно высокой из-за тёмной энергии.

Предел достижимой Вселенной — 18 млрд световых лет от Земли. Если бы человечество прямо сейчас начало исследовать космос, двигаясь со скоростью света, оно смогло бы достигнуть все галактики в этом пределе. Это лишь 6% от текущей видимой Вселенной. Ежегодно около 160 млрд звёзд, которых хватит для образования одной небольшой галактики, отдаляются от Земли на недостижимое расстояние. Тем самым с каждым годом становится всё меньше и меньше объектов, до которых в теории может добраться человечество.

Автор заверил, что примерно через 100 млрд лет станет недостижима группа Mессье 81 или Галактика Боде. После этого в пределах досягаемости останется только Местная группа, состоящая примерно из 60 галактик, включая Млечный путь и Андромеду. Все они расположены примерно в 5 млн световых лет друг от друга.

Обновлено в 14:51 МСК. По дискуссиям в комментариях стало ясно, что к статье требуются пояснительные материалы.

  • Как получилось, что размер Вселенной больше её возраста?

  • Закон Хаббла, описывающий расширение Вселенной.

  • Спросите Итана №80: может ли пространство расширяться быстрее скорости света?

Теги:

  • космос
  • вселенная
  • научно-популярное
  • галактики
  • расширение вселенной
  • теории

Хабы:

  • Научно-популярное
  • Астрономия

Всего голосов 51: ↑49 и ↓2 +47

Просмотры

50K

Комментарии
390

Екатерина Хананова
@ancotir

Информационная служба Хабра

ВКонтакте

Telegram

Комментарии
Комментарии 390

Вселенная расширяется быстрее, чем считалось ранее, говорят ученые

Вселенная расширяется быстрее, чем считалось ранее, и ученые не совсем понимают, почему.

В недавнем исследовании, которое должно быть опубликовано в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal, говорится, что новые результаты более чем в два раза превышают предыдущую выборку маркеров космических расстояний, используемых для измерения расширения Вселенной.

Лауреат Нобелевской премии Адам Рисс из Научного института космического телескопа (STScI) и его команда вместе с Университетом Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, «повторно проанализировали все предыдущие данные, и теперь весь набор данных включает более 1000 орбит Хаббла».

Орбиты Хаббла означают количество оборотов космического телескопа Хаббла вокруг Земли, которое использовалось для сбора данных за более чем 20 лет, чтобы получить эти недавние результаты.

«Вы получаете самое точное измерение скорости расширения Вселенной с помощью золотого стандарта телескопов и космических маркеров», — сказал Рисс.

При сравнении измерений предыдущих данных и текущих данных команда Рисса обнаружила, что скорость, с которой Вселенная расширяется, была неправильной.

Согласно данным НАСА, предыдущие измерения предсказывали, что Вселенная расширяется со скоростью 67,5 плюс-минус 0,5 километра в секунду на мегапарсек. Однако команда Рисса показала, что Вселенная на самом деле расширяется на 73 плюс-минус 1 километр в секунду на мегапарсек, что предсказывает, что размер Вселенной удвоится примерно через 10 миллиардов лет.

«Самое смешное, что это не соответствует предсказанию. Это странно, но захватывающе, потому что в науке каждый раз, когда что-то не соответствует вашей модели, у вас есть возможность узнать больше о своей модели или своем понимании», Об этом Рисс рассказал телеканалу FOX.

«Итак, сейчас мы находимся в точке, где не просто не повезло, что они не совпадают друг с другом. Мы сделали слишком много измерений и перепроверили их слишком много, чтобы сказать, что это невезение. Итак, теперь у нас есть чтобы действительно надеть наши мыслительные колпачки и понять, почему вы не можете пройти от начала вселенной до конца с историей, которая соединяет их, и что-то ломается по пути», — добавил Рисс.

Как измеряется расширение Вселенной?

Ученые измеряют расширение Вселенной с помощью постоянной Хаббла (Ho).

При отслеживании роста ребенка можно отметить дверной косяк с указанием роста ребенка, даты и времени. То же самое можно сказать и об измерении скорости расширения Вселенной. Ученые используют космические маркеры миль, такие как далекие галактики и звезды, чтобы отслеживать, как далеко и как быстро расширилась Вселенная.

«Мы должны измерить высоту, что в данном случае означает, как далеко находятся предметы, и отметку времени, которая похожа на измерение чего-то другого, мы называем красным смещением, и в основном это то, как далеко, как быстро предметы расширяются. Итак, в нашем случае трудная часть состоит в том, чтобы измерить, насколько далеко находятся предметы, и мы используем космический телескоп Хаббла, чтобы смотреть на звезды очень, очень далеко, и если мы сможем распознать, что это за звезды, то мы могут знать, насколько яркими они должны быть, а затем, сравнивая это с тем, насколько они слабы на самом деле, говорят нам, насколько далеко они находятся», — объяснил Рисс.

Самое последнее измерение является точным с погрешностью 1 1/2%, что, по словам Рисса, очень точно.

В этом последнем исследовании предполагается, что Вселенная расширяется с постоянной Хаббла, равной 73 плюс-минус 1 километр в секунду на мегапарсек.

Новый вид физики

По словам Рисса, это новейшее несоответствие не так уж и плохо. На самом деле, это открывает целый новый путь возможностей для расширения наших знаний о том, что происходит в этом большом расширении тьмы, усеянном галактиками.

Нынешняя гипотеза о том, почему цифры не совпадают в отношении того, как быстро расширяется Вселенная, может быть связана с тем, что существует новый тип физики, о котором ученые не знают.

Некоторые примеры более новой физики, открытые в последние годы, включают темную материю и темную энергию.

По словам Рисса, пока 96% Вселенной состоит из темных и неизвестных частей. Темная материя составляет около 30%, а темная энергия составляет от 65% до 70%.

В то время как Рисс сказал, что нет полной уверенности в том, чем может быть эта новая физика, и, поскольку это всего лишь гипотеза, необходимо провести дополнительные исследования, и это всегда интересно.

«Я склоняюсь к тому, что есть почти два типа людей: те, кто полностью очарован тайной того, что там, откуда мы пришли, из чего состоит Вселенная, как она началась, сколько ей лет; что произойдет; какое место мы вписываемся во все это? И эти люди сразу понимают: «Вау, это действительно глубоко». меня это когда-нибудь волновало, зачем даже смотреть вверх? Все здесь, внизу». И это неправда, что все здесь, внизу. В основном все там, наверху, но я понимаю, что то, что волнует этих людей, происходит здесь, на планете Земля. И с теми, кого я просто сказал бы, что нам любопытно. Я бы также сказал, что мы хотим лучше понять законы физики», — сказал Рисс.

И, если случится так, что будет открыт новый тип физики, Рисс предсказывает, что это вдохновит на дальнейшие технологические достижения и, по сути, создаст эффект снежного кома инноваций.

Что будут включать в себя будущие исследования?

Хотя прогнозируется, что телескоп «Хаббл» проработает еще два десятилетия, Рисс сказал, что новый космический телескоп «Джеймс Уэбб» может продолжить работу с того места, где остановился «Хаббл», и ученые смогут продолжить выяснять, что именно происходит в нашем расширяющемся пространстве. вселенная.

Об этой истории сообщили из Лос-Анджелеса.

Новая мера постоянной Хаббла выявляет расхождение между оценками нашей космической судьбы — ScienceDaily

Определение того, насколько быстро расширяется Вселенная, является ключом к пониманию нашей космической судьбы, но с более точными данными возникла загадка: оценки, основанные на измерениях внутри нашей локальной вселенной не согласуются с экстраполяцией эпохи вскоре после Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад.

Новая оценка локальной скорости расширения — постоянная Хаббла, или H0 (H-ноль) — усиливает это несоответствие.

Используя относительно новый и потенциально более точный метод измерения космических расстояний, который использует среднюю звездную яркость в гигантских эллиптических галактиках в качестве ступени на лестнице расстояний, астрономы вычисляют скорость — 73,3 километра в секунду на мегапарсек, плюс-минус 2,5 км/сек/Мпк — это среднее из трех других хороших оценок, включая оценку золотого стандарта для сверхновых типа Ia. Это означает, что на каждый мегапарсек — 3,3 миллиона световых лет или 3 миллиарда триллионов километров — от Земли Вселенная расширяется на дополнительные 73,3 ± 2,5 километра в секунду. Среднее значение трех других методов составляет 73,5 ± 1,4 км/сек/Мпк.

Удивительно, но оценки скорости локального расширения, основанные на измеренных флуктуациях космического микроволнового фона и, независимо, флуктуациях плотности обычного вещества в ранней Вселенной (барионные акустические колебания), дают совсем другой ответ: 67,4 ± 0,5 км. /сек/Мпк.

Астрономы по понятным причинам обеспокоены этим несоответствием, потому что скорость расширения является критическим параметром в понимании физики и эволюции Вселенной и является ключом к пониманию темной энергии, которая ускоряет скорость расширения Вселенной и, таким образом, вызывает Хаббл постоянно меняться быстрее, чем ожидалось, с увеличением расстояния от Земли. Темная энергия составляет около двух третей массы и энергии во Вселенной, но до сих пор остается загадкой.

Для новой оценки астрономы измерили колебания поверхностной яркости 63 гигантских эллиптических галактик, чтобы определить расстояние и построили график зависимости расстояния от скорости для каждой, чтобы получить H0. Метод флуктуаций поверхностной яркости (SBF) не зависит от других методов и может обеспечить более точные оценки расстояния, чем другие методы, в пределах примерно 100 Мпк от Земли, или 330 миллионов световых лет. 63 галактики в выборке находятся на расстоянии от 15 до 99 Мпк, если оглянуться назад во времени лишь на долю возраста Вселенной.

«Для измерения расстояний до галактик до 100 мегапарсеков это фантастический метод», — сказал космолог Чанг-Пей Ма, профессор физических наук Джуди Чандлер Уэбб в Калифорнийском университете в Беркли и профессор астрономии и физики. «Это первая статья, в которой собран большой однородный набор данных по 63 галактикам с целью изучения H-ноля с использованием метода SBF».

млн лет назад возглавляет МАССИВНЫЙ обзор местных галактик, который предоставил данные для 43 галактик — две трети тех, которые использовались в новом анализе.

Данные об этих 63 галактиках были собраны и проанализированы Джоном Блейксли, астрономом из NOIRLab Национального научного фонда. Он является первым автором статьи, которая теперь принята к публикации в The Astrophysical Journal , которую он написал в соавторстве с коллегой Джозефом Дженсеном из Университета долины Юты в Ореме. Блейксли, который возглавляет научный персонал, поддерживающий оптические и инфракрасные обсерватории NSF, является пионером в использовании SBF для измерения расстояний до галактик, а Дженсен был одним из первых, кто применил этот метод в инфракрасном диапазоне. Эти двое тесно сотрудничали с Ма над анализом.

«Вся история астрономии — это, в некотором смысле, попытка понять абсолютный масштаб Вселенной, который затем говорит нам о физике», — сказал Блейксли, возвращаясь к путешествию Джеймса Кука на Таити в 1769 году, чтобы измерить прохождение Венеры, чтобы ученые могли рассчитать истинный размер Солнечной системы. «Метод SBF более широко применим к общей популяции эволюционировавших галактик в локальной вселенной, и, конечно же, если мы получим достаточно галактик с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, этот метод может дать лучшее локальное измерение постоянной Хаббла. »

Космический телескоп Джеймса Уэбба, в 100 раз более мощный, чем космический телескоп Хаббла, должен быть запущен в октябре.

Гигантские эллиптические галактики

Постоянная Хаббла была яблоком раздора на протяжении десятилетий, с тех пор, как Эдвин Хаббл впервые измерил скорость локального расширения и дал ответ, в семь раз превышающий его, подразумевая, что Вселенная на самом деле моложе, чем его самые старые звезды. Проблема тогда и сейчас заключается в том, чтобы точно определить местоположение объектов в пространстве, что дает мало подсказок о том, как далеко они находятся.

Астрономы с годами достигли больших расстояний, начав с расчета расстояния до объектов, достаточно близких, чтобы казалось, что они слегка перемещаются из-за параллакса, когда Земля вращается вокруг Солнца. Переменные звезды, называемые цефеидами, уводят вас дальше, потому что их яркость связана с их периодом изменчивости, а сверхновые типа Ia уводят вас еще дальше, потому что они представляют собой чрезвычайно мощные взрывы, которые на своем пике сияют так же ярко, как целая галактика. Как для цефеид, так и для сверхновых типа Ia можно определить абсолютную яркость по тому, как они меняются со временем, а затем можно рассчитать расстояние по их видимой яркости, наблюдаемой с Земли.

Наилучшая текущая оценка H0 основана на расстояниях, определяемых взрывами сверхновых типа Ia в далеких галактиках, хотя более новые методы — временные задержки, вызванные гравитационным линзированием далеких квазаров и яркостью водяных мазеров, вращающихся вокруг черных дыр, — все дают около такое же количество.

Метод, использующий флуктуации поверхностной яркости, является одним из новейших и основан на том факте, что гигантские эллиптические галактики являются старыми и имеют постоянную популяцию старых звезд, в основном красных гигантов, которые можно смоделировать, чтобы получить среднюю инфракрасную яркость. по их поверхности. Исследователи получили инфракрасные изображения высокого разрешения каждой галактики с помощью широкоугольной камеры 3 на космическом телескопе Хаббла и определили, насколько каждый пиксель изображения отличается от «среднего» — чем сглаженнее колебания по всему изображению, тем дальше галактики после внесения поправок на такие дефекты, как яркие области звездообразования, которые авторы исключают из анализа.

Ни Блейксли, ни Ма не удивились тому, что скорость расширения оказалась близкой к скорости других местных измерений. Но их в равной степени смущает вопиющий конфликт с оценками ранней Вселенной — конфликт, который, по мнению многих астрономов, означает, что наши нынешние космологические теории ошибочны или, по крайней мере, неполны.

Экстраполяции ранней Вселенной основаны на простейшей космологической теории, называемой лямбда-холодной темной материей, или ?CDM, которая использует всего несколько параметров для описания эволюции Вселенной. Вбивает ли новая оценка ставку в самое сердце ?CDM?

«Я думаю, что это еще больше подтолкнет ставку», — сказал Блейксли. «Но он (?CDM) все еще жив. Некоторые люди думают, что относительно всех этих локальных измерений, (что) наблюдатели ошибаются. в одном и том же направлении для нескольких различных методов: сверхновых, SBF, гравитационного линзирования, водяных мазеров. Таким образом, по мере того, как мы получаем больше независимых измерений, эта ставка становится немного глубже».

Ма задается вопросом, не являются ли неопределенности, которые астрономы приписывают своим измерениям, которые отражают как систематические, так и статистические ошибки, слишком оптимистичными, и что, возможно, эти два диапазона оценок все еще можно согласовать.

«Присяжные вынесены», сказала она. «Я думаю, что это действительно в планках погрешностей. Но если предположить, что все планки погрешностей не занижены, напряжение становится неудобным».

На самом деле, один из гигантов в этой области, астроном Венди Фридман, недавно опубликовала исследование, в котором постоянная Хаббла была установлена ​​на уровне 69,8 ± 1,9 км/сек/Мпк, что еще больше взбаламутило воду. Последний результат Адама Рисса, астронома, получившего Нобелевскую премию по физике 2011 года за открытие темной энергии, сообщает 73,2 ± 1,3 км/сек/Мпк. Рисс был научным сотрудником Миллера в Калифорнийском университете в Беркли, когда проводил это исследование, и он разделил приз с Калифорнийским университетом в Беркли и физиком из лаборатории Беркли Солом Перлмуттером.

МАССИВНЫЕ галактики

Новое значение H0 является побочным продуктом двух других исследований близлежащих галактик, в частности, исследования Ма MASSIVE, в котором используются космические и наземные телескопы для исчерпывающего изучения 100 самых массивных галактик в пределах примерно 100 Мпк Земли. Основная цель состоит в том, чтобы взвесить сверхмассивные черные дыры в центрах каждой из них.

Для этого необходимы точные расстояния, и метод SBF на сегодняшний день является лучшим, сказала она. Исследовательская группа MASSIVE использовала этот метод в прошлом году для определения расстояния до гигантской эллиптической галактики NGC 1453 в созвездии Эридана на южном небе. Объединив это расстояние в 166 миллионов световых лет с обширными спектроскопическими данными телескопов Близнецов и Макдональда, которые позволили аспирантам Ма Крису Липольду и Мэтью Кенневиллю измерить скорости звезд вблизи центра галактики, они пришли к выводу, что NGC 1453 имеет центральную черную дыру с массой почти в 3 миллиарда раз больше солнечной.

Чтобы определить H0, Блейксли рассчитал расстояния SBF до 43 галактик в обзоре MASSIVE, исходя из 45–90 минут наблюдения HST для каждой галактики. Остальные 20 были получены из другого обзора, в котором использовалась HST для изображения больших галактик, особенно тех, в которых были обнаружены сверхновые типа Ia.

Возраст большинства из 63 галактик составляет от 8 до 12 миллиардов лет, а это означает, что они содержат большую популяцию старых красных звезд, которые являются ключевыми для метода SBF и могут также использоваться для повышения точности расчетов расстояний. В статье Блейксли использовал как переменные звезды-цефеиды, так и технику, использующую самые яркие красные гигантские звезды в галактике, называемую верхушкой ветви красных гигантов, или технику TRGB, для приближения к галактикам на больших расстояниях. Они дали стабильные результаты. Методика TRGB учитывает тот факт, что самые яркие красные гиганты в галактиках имеют примерно одинаковую абсолютную яркость.

«Цель состоит в том, чтобы сделать этот метод SBF полностью независимым от калиброванного по цефеидам метода сверхновых типа Ia, используя космический телескоп Джеймса Уэбба для калибровки ветви красных гигантов для SBF», — сказал он.

«Телескоп Джеймса Уэбба может действительно уменьшить планку ошибок для SBF», — добавил Ма.