En gang opdagede vi, at universet ekspanderede. Derefter var det næste videnskabelige trin at bestemme hastigheden eller hastigheden for denne ekspansion. Mere end 80 år er gået, men vi er stadig ikke enige om dette spørgsmål. Når vi kiggede på de største kosmiske skalaer og studerede de ældste signaler - eftergløden fra Big Bang og storskala korrelationer af galakser - fik vi et tal: 67 km / s / Mpc.
Men når vi ser på individuelle stjerner, galakser, supernovaer og andre direkte pegere, får vi et andet antal: 74 km / s / Mpc. Usikkerhederne er meget små: ± 1 til det første tal og ± 2 til det andet tal, og der er stadig en statistisk chance på mindre end 0,1% for, at disse tal vil blive forenet med hinanden. Denne modsigelse skulle have været løst for længe siden, men er vedvarende, lige siden universets udvidelse først blev opdaget.
I 1923 brugte Edwin Hubble verdens største teleskop til at lede efter nye stjerner i andre galakser. Det ville sandsynligvis ikke være værd at sige "galakser", for da var menneskeheden ikke sikker på de himmelske spiraler. Mens han studerede den største af dem - M31, nu kendt som Andromeda-tågen, så han den første, og derefter den anden og den tredje nye. Men den fjerde optrådte på samme sted som den første, og dette var umuligt, da det tager århundreder eller mere at genoplade. Hans nye optrådte på mindre end en uge. Spændende krydsede Hubble det første "N", som han skrev, og overskrev "VAR!" Han indså, at det var en variabel stjerne, og siden da var der fysik med variable stjerner. Hubble kunne beregne afstanden til Andromeda. Han viste, at det var nøjagtigt uden for Mælkevejen og er åbenlyst en galakse. Det var den fineste observation af en enkelt stjerne i astronomiens historie.
Edwin Hubbles originale LP afslører en stjerne i Andromeda, der er variabel
Hubble fortsatte sit arbejde ved at observere variable stjerner i mange spiralgalakser. Sammen med deres skiftede spektrallinier begyndte han at bemærke, at jo længere galaksen er, jo hurtigere bevæger den sig væk fra os. Ikke kun opdagede han denne lov - kendt som Hubbles lov - han var den første til at måle ekspansionshastigheden: Hubble-parameteren. Antallet, han modtog, var imidlertid stort. Meget stor. Så stor, at hvis det var sandt, ville det følge, at Big Bang skete for kun to milliarder år siden. Det er klart, at ingen ville tro på dette, da vi har geologisk bevis for, at Jorden alene er mere end fire milliarder år gammel.
Sammensat billede af den vestlige halvkugle af Jorden mere end 4 milliarder år gammel
Salgsfremmende video:
I 1943 observerede astronom Walter Baade nøje variable stjerner uden for Mælkevejen og bemærkede noget utroligt vigtigt: ikke alle variable Cepheids - den type, som Hubble brugte til at bestemme udvidelsen af universet - opfører sig det samme. I stedet var der to forskellige klasser. Og pludselig viste det sig, at Hubble-konstanten slet ikke var så stor, som Hubble havde besluttet.
Målinger af variable stjerner af Walter Baade i Andromeda var det vigtigste bevis for eksistensen af to separate populationer af Cepheids og gjorde det muligt at reducere Hubble-parameteren til en mere meningsfuld værdi
I stedet ekspanderede universet langsommere, hvilket betyder, at det tog længere tid, før det nåede sin nuværende tilstand. For første gang overgik universet Jorden i alder, og det var et godt tegn. Med tiden steg yderligere forbedringer, og Hubble-eksponenten faldt gradvist, mens universets alder fortsatte med at stige. I sidste ende faldt alderen på selv de ældste stjerner med universets alder.
Hvordan estimaterne af Hubble-parameteren ændrede sig over tid
Historien slutter ikke der. Ved du hvorfor Hubble-rumteleskopet blev navngivet på den måde? Ikke fordi det blev opkaldt efter Edwin Hubble, der opdagede, at universet ekspanderede. Tværtimod fordi dens vigtigste mission var at måle Hubble-parameteren, eller den hastighed, som universet ekspanderer til. Før lanceringen af teleskopet i 1990 var der to lejre, der foreslog helt forskellige universer: den ene ledet af Allan Sandage og et univers med en ekspansionshastighed på 50 km / s / Mpc og en alder på 16 milliarder år; den anden er under ledelse af Gerard de Vaucouleur og et univers med en ekspansionshastighed på 100 km / s / Mpc og en alder på under 10 milliarder år. Disse to lejre var overbeviste om, at de modstående lejre begik systematiske fejl i deres målinger, og at der ikke var nogen mellemgrund. Hubble-rumteleskopets vigtigste mål var at måle ekspansionshastigheden en gang for alle.
Og han opnåede det. 72 ± 8 km / s / Mpc var det endelige resultat af projektet. I dag er der endnu færre fejl eller unøjagtigheder, og det samme er spændingen mellem de to forskellige metoder. Hvis du ser på universet på de største skalaer, udsvingene i den kosmiske mikrobølgebakgrund og akustiske baryon-akustiske svingninger i klyngen af galakser, får du et mindre antal: 67 km / s / Mpc. Dette er ikke det mest gunstige resultat, men højere værdier er meget mulige.
Hvis du ser på direkte målinger af individuelle stjerner i vores galakse og derefter på de samme klasser af stjerner i andre galakser, og derefter på supernovaer ud over det, får du en højere værdi: 74 km / s / Mpc. Men en systematisk fejl i målinger af nærliggende stjerner, endda en fejl på flere procent, kunne reducere dette antal markant selv til den laveste foreslåede værdi. Idet ESA Gaia-missionen fortsætter med at måle parallax med en hidtil uset nøjagtighed af en milliard stjerner i vores galakse, kan denne spænding muligvis løse på egen hånd.
I dag kender vi Hubble-ekspansionshastigheden ganske præcist, og to forskellige metoder til at udtrække den ser ud til at give modstridende værdier. Der er mange forskellige dimensioner, der foregår lige nu, hver lejr forsøger at bevise sin sag og finde den andres fejl. Og hvis historien har lært os noget, kan vi sige, at vi for det første lærer noget nyt og interessant om arten af vores univers, når dette problem er løst, og for det andet vil denne tvist om ekspansionsraten helt klart ikke sidst.
ILYA KHEL