Yksi numero osoittaa, että jotain on pohjimmiltaan väärin käsityksessämme maailmankaikkeudesta

Kuva suuresta Magellanin pilvestä otettu maanpäällisellä teleskoopilla. Upotettu kuva otettiin Hubble -avaruusteleskoopilla, ja siinä näkyy galaksiryhmä, joka on täynnä vaihtelevia kefeidejä, tähtilajeja, jotka välkkyvät säännöllisesti. Käyttämällä tätä sykkeenopeutta tiedemiehet ovat laskeneet maailmankaikkeuden

Kuva suuresta Magellanin pilvestä otettu maanpäällisellä teleskoopilla. Upotettu kuva otettiin Hubble -avaruusteleskoopilla, ja siinä näkyy galaksiryhmä, joka on täynnä vaihtelevia kefeidejä, tähtilajeja, jotka välkkyvät säännöllisesti. Käyttämällä tätä sykkeenopeutta tiedemiehet ovat laskeneet maailmankaikkeuden laajentumisnopeuden, mutta tämä luku ei vastaa arvoja, jotka on johdettu muista kosmisista ilmiöistä, kuten alkuräjähdyksen kaiku, joka tunnetaan kosmisen mikroaaltosäteilyn säteilynä. (Kuvaluotto: Maan teleskoopilla otettu kuva suuresta Magellanin pilvestä. Upotettu kuva otettiin Hubble-avaruusteleskoopilla, ja siinä näkyy galaksiryhmä, joka on täynnä vaihtelevia kefeidejä, tähtiä, joka välkkyy säännöllisesti. sykkeen, tutkijat ovat laskeneet maailmankaikkeuden laajentumisnopeuden, mutta tämä luku ei vastaa arvoja, jotka on johdettu muista kosmisista ilmiöistä, kuten alkuräjähdyksen kaiku, joka tunnetaan kosmisen mikroaaltosäteilynä.)



Maailmankaikkeudessa on meneillään hämmentävä mysteeri. Kosmisen laajentumisnopeuden mittaukset eri menetelmillä säilyvät tuottaa epämiellyttäviä tuloksia . Tilannetta on kutsuttu 'kriisiksi'.

Ongelma keskittyy siihen, mitä kutsutaan Hubble -vakio . Tämä yksikkö on nimetty yhdysvaltalaisen tähtitieteilijän Edwin Hubblen mukaan ja kuvaa kuinka nopeasti maailmankaikkeus laajenee eri etäisyyksillä Maasta. Käyttämällä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Planck-satelliitin tietoja tiedemiehet arvioivat nopeuden olevan 46 200 mph miljoonaa valovuotta kohti (tai kosmologien yksiköiden avulla 67,4 kilometriä sekunnissa megaparsekkia kohden). Mutta laskelmia käyttämällä sykkiviä tähtiä kutsutaan Kefeidit ehdottaa sen olevan 50400 mph miljoonaa valovuotta (73,4 km/s/Mpc).





Aiheeseen liittyviä: Suurimmat ratkaisemattomat mysteerit fysiikassa

Jos ensimmäinen numero on oikea, se tarkoittaa, että tiedemiehet ovat mitanneet etäisyydet maailmankaikkeuden kaukaisiin kohteisiin väärin monta vuosikymmentä. Mutta jos toinen on oikea, tutkijoiden on ehkä hyväksyttävä eksoottisen uuden fysiikan olemassaolo. Tähtitieteilijät ovat ymmärrettävästi melko työstyneet tästä ristiriidasta.



Mitä maallikon pitäisi tehdä tästä tilanteesta? Ja kuinka tärkeä tämä ero on, joka ulkopuolisille näyttää vähäiseltä? Päästäkseen yhteenoton pohjalle Live Science kutsui paikalle Barry Madoren, Chicagon yliopiston tähtitieteilijän ja erään tiimin jäsenen, joka suorittaa mittauksia Hubble -vakio .

Ongelmat alkavat Edwin Hubblesta itsestään. Vuonna 1929 hän huomasi, että kauempana olevat galaksit siirtyivät pois Maasta nopeammin kuin lähempänä olevat galaksit. Hän löysi lineaarisen suhteen kohteen etäisyyden planeettamme ja sen nopeuden välillä, jolla se oli vetäytymässä.



`` Se tarkoittaa jotain pelottavaa '', Madore kertoi WordsSideKick.comille. 'Miksi olisimme maailmankaikkeuden keskipiste? Vastaus, joka ei ole intuitiivinen, on, että [kaukaiset esineet] eivät liiku. Kaiken välille syntyy yhä enemmän tilaa. ''

Hubble tajusi, että maailmankaikkeus laajeni, ja se näytti tekevän sitä vakionopeudella - siis Hubble -vakio. Hän mitasi arvon olevan noin 342 000 mailia tunnissa miljoonaa valovuotta (501 km/s/Mpc) - lähes 10 kertaa suurempi kuin mitä tällä hetkellä mitataan. Vuosien mittaan tutkijat ovat parantaneet tätä määrää.

Asiat muuttuivat kummallisemmiksi 1990 -luvun lopulla, kun kaksi tähtitieteilijäryhmää huomasi, että kaukaiset supernovat olivat himmeämpiä ja siksi kauempana kuin odotettiin, Madore sanoi. Tämä osoitti, että maailmankaikkeus ei vain laajentunut, vaan myös kiihtyi laajentumisessaan. Tähtitieteilijät mainitsivat tämän salaperäisen ilmiön syyn pimeää energiaa .

Hyväksyttyään, että maailmankaikkeus tekee jotain outoa, kosmologit siirtyivät seuraavaan ilmeiseen tehtävään: mittaamaan kiihtyvyys mahdollisimman tarkasti. Näin he toivoivat seurata maailmankaikkeuden historiaa ja kehitystä alusta loppuun.

Madore vertasi tätä tehtävää siihen, että kävelimme kilparadalle ja saimme vilauksen kentällä juoksevista hevosista. Voisiko joku tämän tiedon perusteella päätellä, mistä kaikki hevoset alkoivat ja kuka heistä voittaisi?

Tällaiseen kysymykseen saattaa kuulostaa mahdottomalta vastata, mutta se ei ole estänyt tutkijoita yrittämästä. Viimeisten 10 vuoden aikana Planck -satelliitti on mitannut kosmisen mikroaaltouunin taustan, joka on kaukaus alkuräjähdyksestä, joka tarjoaa tilannekuvan 13 -miljardia vuotta sitten syntyneestä maailmankaikkeudesta. Käyttämällä observatorion tietoja, kosmologit voisivat selvittää Hubble -vakion luvun poikkeuksellisen pienellä epävarmuudella.

'Se on kaunista', Madore sanoi. Mutta 'se on ristiriidassa sen kanssa, mitä ihmiset ovat tehneet viimeiset 30 vuotta', Madore sanoi.

Näiden kolmen vuosikymmenen aikana tähtitieteilijät ovat myös käyttäneet kaukoputkia katsomaan kaukaisia ​​kefeidejä ja laskemaan Hubble -vakion. Nämä tähdet välkkyvät kirkkaudesta riippuen vakionopeudella, joten tutkijat voivat kertoa tarkasti kuinka kirkas kefeidin pitäisi olla sen sykkeen perusteella. Tarkastelemalla kuinka himmeitä tähtiä todellisuudessa on, tähtitieteilijät voivat laskea etäisyyden niihin. Mutta arviot Hubble -vakiosta käyttäen kefeidejä älä vastaa yhtä Planckilta.

Ero voi näyttää melko pieneltä, mutta jokainen datapiste on melko tarkka eikä niiden epävarmuustekijöiden välillä ole päällekkäisyyttä. Eri osapuolet ovat osoittaneet sormia toisiaan vastaan ​​sanoen, että heidän vastustajansa ovat sisällyttäneet virheitä tulosten heittämiseen, Madore sanoi.

Mutta hän lisäsi, että jokainen tulos riippuu myös suuresta määrästä oletuksia. Palaten takaisin hevoskilpailujen analogiaan, Madore vertasi sitä yrittäessään selvittää voittajan ja joutua päättämään, mikä hevonen väsyy ensin, mikä saa lopussa äkillisen energiapurskeen, joka liukuu hieman märällä ruoholaastari eiliseltä sateelta ja monia muita vaikeasti määritettäviä muuttujia.

Jos Cepheids -tiimit ovat väärässä, se tarkoittaa, että tähtitieteilijät ovat mitanneet etäisyydet maailmankaikkeudessa väärin koko tämän ajan, Madore sanoi. Mutta jos Planck on väärässä, on mahdollista, että uusi ja eksoottinen fysiikka joudutaan sisällyttämään kosmologien maailmankaikkeusmalleihin, hän lisäsi. Näihin malleihin kuuluu erilaisia ​​valitsimia, kuten tunnetaan nimellä subatomisia hiukkasia neutriinot olemassa, ja niitä käytetään tulkitsemaan satelliitin kosmisen mikroaaltotiedon tietoja. Jotta Hubble -vakion Planck -arvo sovitettaisiin yhteen nykyisten mallien kanssa, joitain valitsimia olisi säädettävä, Madore sanoi, mutta useimmat fyysikot eivät ole vielä valmiita tekemään niin.

Toivoen tarjotakseen toisen datapisteen, joka voisi olla välittäjänä kahden osapuolen välillä, Madore ja hänen kollegansa katsoivat äskettäin punaisten jättiläisten tähtien valoa. Nämä esineet saavuttavat saman kirkkauden huippunsa elämänsä lopussa, mikä tarkoittaa, että kuten kefeidit, tähtitieteilijät voivat katsoa, ​​kuinka himmeitä ne näyttävät Maasta, saadakseen hyvän arvion etäisyydestään ja siten laskemaan Hubble -vakion.

Heinäkuussa julkaistut tulokset antoivat luvun suoraan kahden edellisen mittauksen välillä: 47 300 mph miljoonaa valovuotta (69,8 km/s/Mpc). Epävarmuus sisälsi tarpeeksi päällekkäisyyttä, jotta se voisi olla samaa mieltä Planckin tulosten kanssa.

Mutta tutkijat eivät vielä ponnahda samppanjakorkkejaan, Madore sanoi. 'Halusimme tehdä solmion katkaisijan', hän sanoi. 'Mutta se ei sanonut, että tämä puoli tai toinen puoli on oikea. Siinä sanottiin, että romahdusta oli paljon enemmän kuin kaikki aiemmin luulivat. '

Muut tiimit ovat punnineet. Ryhmä nimeltä H0 Lenses COSMOGRAIL's Wellspringissä (H0LICOW) etsii varhaisen maailmankaikkeuden kaukaisia ​​kirkkaita esineitä, joita kutsutaan kvasareiksi, joiden valoa on painovoimaisesti linssinneet välillämme olevat massiiviset esineet. Tutkimalla näitä kvasareja ryhmä tuli äskettäin esiin arvio lähempänä tähtitieteilijöiden puolta. Tietoja Laserinterferometrin gravitaatioaaltojen observatoriosta (LIGO), joka tarkastelee kaatuvien neutronitähtien painovoima-aaltoja, voisi tarjota toinen riippumaton datapiste. Mutta tällaiset laskelmat ovat vielä alkuvaiheessaan, sanoi Madore, eivätkä ole vielä saavuttaneet täyttä kypsyyttään.

Madore puolestaan ​​sanoi uskovansa, että Planckin ja tähtitieteilijöiden arvon välinen keskiarvo tulee lopulta voittamaan, vaikka hän ei panosta liikaa tällä mahdollisuudella tällä hetkellä. Mutta kunnes jokin johtopäätös on löydetty, hän haluaisi nähdä tutkijoiden asenteiden lieventyvän hieman.

- Ihmiset, jotka väittävät olevansa oikeassa, ovat lisänneet tähän paljon vaahtoa, hän sanoi. 'On riittävän tärkeää, että se on ratkaistava, mutta se vie aikaa.'

Alunperin julkaistu Live Science .