gov-civil-vilareal.ptHvor hurtigt ekspanderer universet? Svaret afhænger af, hvordan du måler det, og det er et problem
>Universet udvider sig.
Wow, jeg elsker stadig at kunne skrive det ned. Det er sådan en vidunderlig, kompakt, enkel erklæring, men har alligevel så store konsekvenser, at det kan tage årtier, før vi forstår dem alle. Og vi har allerede vidst, at det var sandt i et århundrede.
hvordan man manifesterer et forelsket
Men det er sandt. Vi har mange uafhængige bevislinjer, der viser, at det er sådan. Det betyder, at universet tidligere var mindre, og hvis du kører uret baglæns omkring 13,8 milliarder år, finder du ud af, at alt i kosmos blev presset sammen til et enkelt, utroligt varmt og tæt sted. Kør uret fremad igen, og du får de første øjeblikke i universet: Big Bang.
Et enormt vigtigt spørgsmål, der opstår naturligt, er: Hvordan hurtig udvider universet sig? Det viser sig, at fjernere objekter bevæger sig hurtigere væk fra os, så vi bruger en ulige enhed til at beskrive ekspansionen: en hastighed pr. Afstand. Dobbelt afstanden og den hastighed, et objekt trækker sig tilbage, fordobles også.
Dette tal i astronomi har et navn: Hubble Constant. Edwin Hubble forsøgte at beregne det tilbage i begyndelsen af det 20. århundrede, og vi har kunnet forfine det meget siden da. Det er omkring 70 kilometer i sekundet pr. Megaparsek (en megaparsek eller Mpc er en million parsek eller 3,26 millioner lysår; til sammenligning er Andromeda-galaksen lige under 1 Mpc væk fra os). Så i et frit ekspanderende univers vil et objekt 1 Mpc væk bevæge sig væk fra dig med 70 km/sek. Et objekt 10 Mpc fjernt løber væk med 700 km/sek, og så videre.
Mærkeligt, ikke? Men det er her tingene kommer virkelig mærkelig. Der er en masse forskellige måder at måle Hubble Constant på. Det ene er at gøre det lokalt ved at se på nærliggende galakser og måle både deres afstande og deres hastigheder. Vi har mange måder at måle begge (som jeg kommer lidt mere ind på om et øjeblik). Når du gør det, får du en Hubble Constant på 73 km/sek/Mpc.
En anden måde er at se på tidlig Univers, på tingene meget langt væk. Omkring 375.000 år efter universets dannelse, den havde udvidet sig nok til at blive gennemsigtig . Det var stadig varmt, og nu, i dag, ser vi den restvarme, der gennemsyrer hele himlen. Da universet fortsatte med at udvide den afkølede varme (du kan også tænke på det som lyset fra den ildkugle, der har været rødforskudt som universet ekspanderer væk fra os). Vi ser det nu som en kontinuerlig glød af mikrobølger overalt, hvor vi kigger.
Ved at undersøge denne glød meget omhyggeligt, kan vi lære meget om universets forhold dengang. Vi kan også beregne Hubble Constant på den måde også, og antallet du får, når du gør det, er cirka 67 km/sek/Mpc.
Um. Vente. Disse to tal er forskellige. Det er akavet.
Det er det virkelig. Og det bliver værre. Alle de lokale metoder får det højere tal, og alle de fjerne, tidlige universer får det mindre antal. Det er som om universet ikke er enig med sig selv.
Spider-man langt hjemmefra anmeldelse
Det er som at bygge en bro over en kløft, der starter i begge ender, kun for at de to ikke mødes i midten. Det minder mig lidt om M. C. Eschers tegning 'Belvedere.' Det giver ikke mening.
M. C. Eschers ikoniske 'Belvedere', en paradoksal bygning, hvor perspektivet er bugtende. Kredit: M. C. Escher
Da disse tal først blev bestemt, var de faktisk ikke så langt væk, fordi usikkerheden i målingerne var høj. I et stykke tid kendte vi ikke Hubble Constant til en faktor to. Men da målingerne blev bedre, begyndte vi at se dem splitte.
Her er, hvor tingene bliver sjove: Et nyt projekt har forsøgt at sømme det lokale nummer. Den stod i spidsen for en gammel ven og gradstuderende kollega Adam Riess (som var med til at finde ud af, at den universelle ekspansion accelererer - mere om at på et sekund også - og har tjent nogle anstændige anerkendelser på grund af det). De brugte Hubble -rumteleskop til at se på en meget bestemt slags stjerne, kaldet en Cepheid -variabel. Disse stjerner udvider sig og trækker sig sammen over tid og bliver lysere og svagere, som de gør. For et århundrede siden blev det opdaget, at perioden, den tid det tager for dem at lyse og dæmpe, var bundet til den samlede mængde energi, de afgiver.
Det er enormt: Det betyder, at hvis du kan måle deres periode, kan du finde ud af deres lysstyrke. Og så hvis du bare måler, hvor lyse de ser ud, du kan finde deres afstand ! Det er afgørende, fordi vi ser Cepheids i andre galakser, hvilket betyder, at de giver os en metode til at bestemme afstandene til disse galakser. Faktisk var det Hubbles team, der brugte dette til at bestemme afstandene til nogle nærliggende galakser tilbage i 1920'erne.
Riess 'hold kiggede ved 7 Cepheids i vores egen Mælkevejs galakse og målte ikke bare, hvor lyse de var, men også deres parallaks, deres tilsyneladende ændring i position, når Jorden bevæger sig rundt om Solen (for detaljer, må jeg foreslå at se 'Crash Course Astronomy: Distance' ?). Ved at måle dette skift over flere år, kan de få meget nøjagtige afstande for disse stjerner.
alle er gået til bortrykkelsen
En anden fordel er, at vi bruger Hubble til at observere disse cepheider i andre galakser, så dette sætter alle observationer på lige fod; det er sværere at få alt konsekvent, når du bruger forskellige observatorier.
En af Cepheid -variablerne, S Vulpeculae, observeret ved hjælp af Hubble. Dens afstand viste sig at være 10,124 lysår fra Jorden. Andre markerede stjerner blev brugt til at kalibrere afstandsmålingerne. Kredit: Riess et al.
Så dette nye arbejde har været i stand til at stramme afstandsmålingerne til disse Mælkevejen Cepheids, som spænder fra cirka 5.500 til 12.000 lysår væk. Ved at bruge disse bedre målinger til derefter at opstramme afstanden til ekstragalaktiske cepheider finder Riess 'team, at den lokale værdi af Hubble Constant er 73,48 ± 1,66 km/sek/Mpc, en ændring på cirka 4% fra den gamle værdi.
Men endnu vigtigere, virkelig, er, at de sænkede usikkerhed i den værdi, hvilket betyder, at vi synes, at denne værdi er mere præcis. Det betyder igen, at den lavere værdi fundet ved hjælp af tidlige universmålinger virkelig er forskellige. Det er ikke bare, at vores målinger er rystede; universet fortæller os virkelig, at tingene var anderledes dengang. Oddsene for, at dette skyldes tilfældigheder eller noget, der ikke er reelt, er omkring 1 ud af 4.600. Jeg tager den satsning. Dette er virkeligt.
Hvad betyder alt dette? Nå, i en nøddeskal betyder det, at universet ser ud til at ekspandere hurtigere nu end tidligere. For at være klar, det vidste vi allerede : Astronomer opdagede, at den universelle ekspansion accelererede tilbage i 1998 (Riess var på et af to uafhængige hold, der fandt dette). Men disse nye resultater tyder på, at accelerationen er endnu højere, end vi troede.
Dette er Hubble Ultra Deep Field, og næsten alt, hvad du ser i den, er en fjern galakse, milliarder af lysår væk. Kredit: NASA, ESA, H. Teplitz og M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) og Z. Levay (STScI)
Så hvad gør at betyde? Det er et godt spørgsmål, som der er for mange mulige svar på. Det er muligt, at mørk energi, den mærkelige enhed bag accelerationen, kan være stærkere end forventet. Måske vokser den med tiden; det er en idé, der er blevet kastet rundt i et stykke tid. Sagen er, at vi bare ikke ved, hvad dælen mørk energi er , hvad det er lavet af, eller hvordan det opfører sig. Disse nye observationer kunne hjælpe.
Men det kan stadig være noget andet. Mørkt stof spiller også ind i dette: En eller anden form for stof, som vi synes ikke spiller godt med normalt stof og lys, så det er umuligt at se direkte. Det overgår normalt stof med en faktor 5 i universet, og vi ved, at det er derude. Men hvis det opfører sig på en usædvanlig måde, som f.eks. At interagere med det normale stof bare lidt, kan det ændre, hvordan universet selv udvikler sig over tid.
mellemskolen de værste år i mit liv
Her er sagen: Vi ved det ikke . Det hele er ret nyt og presser vores udstyr og vores teorier til deres yderste grænser. Derfor er dette stadig ved at blive spikret. Husk, vi har kun vidst, at der var andre galakser i omkring hundrede år, og at ekspansionen accelererer de sidste 20. Vi er lige begyndt at finde ud af dette.
Men min yndlingsdel om alt dette er, at vi vilje Find ud af det. Det er, hvad mennesker gør; det er hvad videnskaben gør. Universet er et temmelig forvirrende sted, og vores hjerner er ikke rigtig udviklet til at være behagelige at overveje det. Men det er faktisk derfor, vi har videnskab, for at hjælpe os med at forstå. Kombiner det med matematik, teknik og vores ustoppelige, umættelige nysgerrighed, og selv kosmos selv vil give os sine hemmeligheder.
Universet ekspanderer hurtigere hver dag, men det er vores evne til også at grok. Vi indhenter det.
