«Ενδέχεται να μην υπάρχει σύγκρουση» στο Expanded Universe Debate

Το σύμπαν μας επεκτείνεται, αλλά ο κύριος τρόπος μέτρησης του πόσο γρήγορα συμβαίνει αυτή η επέκταση απέδωσε διαφορετικές απαντήσεις. Κατά την τελευταία δεκαετία, οι αστροφυσικοί χωρίζονται σταδιακά σε δύο στρατόπεδα: ένα που πιστεύει ότι η διαφορά είναι σημαντική και ένα που πιστεύει ότι μπορεί να οφείλεται σε σφάλματα μέτρησης.

Εάν αποδειχθεί ότι τα σφάλματα προκαλούν αναντιστοιχίες, αυτό επιβεβαιώνει το βασικό μας μοντέλο για την εμφάνιση ενός αρχείου Σύμπαν Εργα. Μια άλλη πιθανότητα εισάγει ένα νήμα που, όταν τραβηχτεί, δείχνει ότι απαιτείται κάποια νέα, θεμελιώδης θεμελιώδης φυσική για να την επανασυνδέσουμε μαζί. Για αρκετά χρόνια, κάθε νέα στοιχεία από τηλεσκόπια ταλαντεύεται το επιχείρημα μπρος-πίσω, δημιουργώντας τη λεγόμενη «ένταση Χαμπλ».

Ο Wendy Friedman, ένας διάσημος αστρονόμος και ο καθηγητής Αστρονομίας και Αστροφυσικής John and Marion Sullivan στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, πραγματοποίησαν ορισμένες αρχικές μετρήσεις του ρυθμού επέκτασης του σύμπαντος που οδήγησε σε υψηλότερη τιμή για τη σταθερά του Hubble. Ωστόσο, σε ένα νέο έγγραφο αξιολόγησης έγινε αποδεκτό Αστροφυσικό περιοδικό مجلةΟ Friedman δίνει μια επισκόπηση των πιο πρόσφατων παρατηρήσεων. Το συμπέρασμα της: Οι πρόσφατες παρατηρήσεις αρχίζουν να γεμίζουν το κενό.

Αυτό σημαίνει ότι ίσως να μην υπάρχει σύγκρουση, και το τυπικό μας μοντέλο του σύμπαντος δεν χρειάζεται πολλή τροποποίηση.

Ο ρυθμός με τον οποίο επεκτείνεται το σύμπαν ονομάζεται σταθερά Hubble, που ονομάζεται UChicago alum Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917, το οποίο πιστώνεται για την ανακάλυψη της επέκτασης του σύμπαντος το 1929. Οι επιστήμονες θέλουν να προσδιορίσουν αυτόν τον ρυθμό με ακρίβεια, επειδή η σταθερά του Χαμπλ σχετίζεται με την εποχή του σύμπαντος και πώς εξελίχθηκε με την πάροδο του χρόνου.

Μια μεγάλη ρυτίδα εμφανίστηκε την τελευταία δεκαετία όταν τα αποτελέσματα για τις δύο κύριες μεθόδους μέτρησης άρχισαν να διαφέρουν. Αλλά οι επιστήμονες εξακολουθούν να συζητούν τη σημασία της αναντιστοιχίας.

Ένας τρόπος μέτρησης της σταθεράς Hubble είναι να κοιτάξετε το πολύ αχνό φως που έχει απομείνει από το Big Bang, που ονομάζεται κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Αυτό έγινε στο διάστημα και στη Γη χρησιμοποιώντας εγκαταστάσεις όπως το Τηλεσκόπιο Νότιου Πόλου με επικεφαλής το UChicago. Οι επιστήμονες μπορούν να εισάγουν αυτές τις παρατηρήσεις στο «τυπικό μοντέλο» του πρώιμου σύμπαντος και να το τρέξουν εγκαίρως για να προβλέψουν πώς θα πρέπει να είναι η σταθερά του Χαμπλ σήμερα. Παίρνουν μια απάντηση 67,4 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec.

Ο άλλος τρόπος είναι να δούμε αστέρια και γαλαξίες στο κοντινό σύμπαν, μετρώντας τις αποστάσεις τους και πόσο γρήγορα απομακρύνονται από εμάς. Ο Friedman ήταν κορυφαίος ειδικός σε αυτήν τη μέθοδο για αρκετές δεκαετίες. Το 2001, η ομάδα της έκανε μια από τις πιο αξιοσημείωτες μετρήσεις χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble για να απεικονίσει αστέρια που ονομάζονται Cepheids. Η τιμή που βρήκαν ήταν 72. Ο Friedman συνέχισε να μετρά τα Cepheids στα επόμενα χρόνια, εξετάζοντας περισσότερα δεδομένα τηλεσκοπίου κάθε φορά. Ωστόσο, το 2019, αυτή και οι συνάδελφοί της δημοσίευσαν μια απάντηση βασισμένη σε μια εντελώς διαφορετική μέθοδο χρησιμοποιώντας ονόματα αστεριών κόκκινοι γίγαντες. Η ιδέα ήταν να επαληθευτεί το Cepheids με ανεξάρτητο τρόπο.

Οι κόκκινοι γίγαντες είναι πολύ μεγάλα, φωτεινά αστέρια που φτάνουν πάντα στην ίδια φωτεινότητα κορυφής πριν ξεθωριάσουν γρήγορα. Εάν οι επιστήμονες μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια την πραγματική ή εγγενή μέγιστη φωτεινότητα των κόκκινων γιγάντων, τότε μπορούν να μετρήσουν τις αποστάσεις από τους γαλαξίες που τους φιλοξενούν, ένα ουσιαστικό αλλά δύσκολο μέρος της εξίσωσης. Το κύριο ερώτημα είναι πόσο ακριβείς είναι αυτές οι μετρήσεις.

Η πρώτη έκδοση αυτού του υπολογισμού το 2019 χρησιμοποίησε έναν πολύ στενό γαλαξία για τη βαθμονόμηση της φωτεινότητας των κόκκινων γιγαντιαίων αστεριών. Κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων ετών, η Friedman και οι συνεργάτες της έχουν τρέξει τους αριθμούς για διάφορους γαλαξίες και ομάδες αστεριών. “Υπάρχουν τώρα τέσσερις ανεξάρτητοι τρόποι για τη βαθμονόμηση της φωτεινότητας ενός κόκκινου γίγαντα και συμφωνούν το 1% του άλλου”, δήλωσε ο Friedman. “Μας δείχνει ότι αυτός είναι ένας πολύ καλός τρόπος μέτρησης της απόστασης.”

«Ήθελα πραγματικά να κοιτάξω προσεκτικά τόσο τους Cepheids όσο και τον Κόκκινο Γίγαντα. Γνωρίζω πολύ καλά τα πλεονεκτήματα και τις αδυναμίες τους», δήλωσε ο Friedman. “Έχω καταλήξει στο συμπέρασμα ότι δεν χρειαζόμαστε νέα θεμελιώδη φυσική για να εξηγήσουμε τις διαφορές στους τοπικούς και απόμακρους ρυθμούς επέκτασης. Τα δεδομένα για το νέο κόκκινο γίγαντα δείχνουν ότι είναι συνεπή.”

“Συνεχίζουμε να μετράμε και να δοκιμάζουμε κόκκινα γιγαντιαία αστέρια με διάφορους τρόπους και συνεχίζουν να υπερβαίνουν τις προσδοκίες μας”, πρόσθεσε ο απόφοιτος φοιτητής του Πανεπιστημίου του Σικάγο Taylor Hoyt, ο οποίος έχει κάνει μετρήσεις κόκκινων γιγαντιαίων αστεριών σε γαλαξίες αγκύρωσης

Η τιμή της σταθεράς Hubble που λαμβάνεται από την ομάδα του Friedman στους κόκκινους γίγαντες είναι 69,8 km / s / mm – περίπου η ίδια με την τιμή που προκύπτει από το κοσμικό πείραμα φόντου μικροκυμάτων. «Δεν απαιτείται νέα φυσική», είπε ο Φρίντμαν.

Οι υπολογισμοί που χρησιμοποιούν αστέρια Cepheid εξακολουθούν να δίνουν υψηλότερους αριθμούς, αλλά σύμφωνα με την ανάλυση του Friedman, η διαφορά μπορεί να μην είναι ανησυχητική. “Τα αστέρια Cepheid ήταν πάντα λίγο πιο θορυβώδη και λίγο πιο περίπλοκα για να κατανοήσουν πλήρως. Είναι νεαρά αστέρια σε ενεργές περιοχές που σχηματίζουν αστέρια στους γαλαξίες και αυτό σημαίνει ότι υπάρχει δυνατότητα για πράγματα όπως σκόνη ή ρύπανση από άλλα αστέρια απαλλαγείτε από τις μετρήσεις σας », εξήγησε.

Κατά τη γνώμη της, η σύγκρουση θα μπορούσε να επιλυθεί με καλύτερα δεδομένα.

Το επόμενο έτος, όταν αναμένεται να ξεκινήσει το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, οι επιστήμονες θα αρχίσουν να συλλέγουν αυτές τις νέες παρατηρήσεις. Ο Friedman και οι συνεργάτες του είχαν ήδη χρόνο στο τηλεσκόπιο για ένα μεγάλο πρόγραμμα για να κάνουν περισσότερες μετρήσεις τόσο των γιγαντιαίων αστεριών του Cepheid όσο και των κόκκινων αστεριών. “Το Webb θα μας δώσει μεγαλύτερη ευαισθησία και ακρίβεια, και τα δεδομένα θα γίνουν πραγματικά καλύτερα, πολύ σύντομα”, είπε.

Εν τω μεταξύ, ήθελε να ρίξει μια πιο προσεκτική ματιά στα υπάρχοντα δεδομένα και αυτό που βρήκε ήταν ότι πολλά από αυτά συμφώνησαν.

«Αυτός είναι ο τρόπος που πηγαίνει η επιστήμη», είπε ο Φρίντμαν. “Κλωτσάτε τα ελαστικά για να δείτε αν κάτι ξεφουσκώνει, και μέχρι στιγμής, δεν τρυπά.”

Μερικοί μελετητές που ήταν υπέρ της εγγενής ασυμβατότητας μπορεί να είναι απογοητευμένοι. Αλλά για τον Friedman, κάθε απάντηση είναι συναρπαστική.

“Υπάρχει ακόμη χώρος για νέα φυσική, αλλά ακόμη και αν δεν υπάρχει χώρος για νέα φυσική, αυτό θα έδειχνε ότι το πρότυπο μοντέλο μας είναι θεμελιωδώς σωστό, το οποίο είναι επίσης ένα βαθύ συμπέρασμα που πρέπει να γίνει”, είπε. “Εδώ είναι το ενδιαφέρον πράγμα για την επιστήμη: Δεν γνωρίζουμε τις απαντήσεις εκ των προτέρων. Μαθαίνουμε καθώς πηγαίνουμε. Είναι μια πραγματικά συναρπαστική στιγμή να είσαι σε αυτόν τον τομέα.”