Θα μπορούσε ένα «υπερκενό» να επιλύσει μια αδυσώπητη συζήτηση σχετικά με τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος;

By | December 8, 2023

Μια μεγάλη απόκλιση μεταξύ των διαφορετικών μετρήσεων του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος μας θα μπορούσε να εξηγηθεί εάν ο γαλαξίας μας, ο Γαλαξίας, βρισκόταν σε ένα κενό μήκους δύο δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Αυτό είναι το συμπέρασμα των επιστημόνων που υποστηρίζουν ότι μια τροποποιημένη θεωρία του βαρύτητα μπορεί να αντικαταστήσει το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας. Ωστόσο, αυτή η υπόθεση αμφισβητείται έντονα από πολλούς αστρονόμους.

Ο τυπικό μοντέλο σε κοσμολογία περιγράφει πώς ζούμε σε ένα σύμπαν που κυριαρχείται από σκοτεινή ενέργεια είναι σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ενέργεια είναι μια μυστηριώδης δύναμη που προφανώς προκαλεί το διαστολή του σύμπαντος να επιταχύνει, ενώ η σκοτεινή ύλη παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της βαρύτητας του σύμπαντος και πιστεύεται ότι περιβάλλει τους γαλαξίες σε σχήματα που μοιάζουν με φωτοστέφανο, εμποδίζοντάς τους να διαλυθούν. Μαζί, αυτά τα άπιαστα φαινόμενα περιγράφουν πώς η ύλη κατανέμεται σε όλο το σύμπαν και πώς οι γαλαξίες κινούνται μεταξύ τους.

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστεί από το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, ωστόσο, είναι γνωστή ως «Ένταση Hubble». Αυτή η έννοια δεν ονομάζεται για το διαστημικό τηλεσκόπιο όπως μπορείτε να φανταστείτε, αλλά μάλλον ο συνονόματός του, ο αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ. Το 1929, ο Edwin Hubble ανακάλυψε ότι όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνεται από εμάς. Μπόρεσε να δημιουργήσει μια σχέση για να περιγράψει αυτή τη σύνδεση, η οποία αργότερα έγινε γνωστή ως Νόμος Hubble-Lemaître (που πήρε το όνομά του από τον θεωρητικό φυσικό και Βέλγο ιερέα, Georges Lemaître, ο οποίος το ανακάλυψε επίσης ανεξάρτητα). Λέει ότι η ταχύτητα με την οποία ένας γαλαξίας απομακρύνεται από εμάς είναι το γινόμενο της απόστασής του πολλαπλασιαζόμενη με τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος, ο οποίος δίνεται από μια παράμετρο που ονομάζεται σταθερά Hubble.

Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb εμβαθύνει τη μεγάλη συζήτηση σχετικά με τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος

Από την εποχή του Έντουιν Χαμπλ, οι αστρονόμοι προσπάθησαν να μετρήσουν τη σταθερά του Χαμπλ με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια. Γνωρίζοντας τη σταθερά του Hubble και, επομένως, πόσο γρήγορα διαστέλλεται το Σύμπαν, μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο παλιό πρέπει να είναι το Σύμπαν για να φτάσει στο σημερινό του μέγεθος. Οι καλύτερες τρέχουσες μετρήσεις μας τοποθετούν το ηλικία του σύμπαντος σε 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, υπάρχει ένα πρόβλημα.

Μετρήσεις της διαστολής του σύμπαντος που δημιουργήθηκαν με τη μέτρηση του φωτός μετατόπισης ερυθρού τύπου Ia σουπερνόβα οδήγησε σε μια σταθερή τιμή του Hubble 73,2 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec. Με άλλα λόγια, λέει ότι κάθε όγκος χώρου διαμέτρου ενός megaparsec (ένα parsec είναι 3,26 έτη φωτός και ένα megaparsec είναι ένα εκατομμύριο parsec, άρα 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός) διαστέλλεται κατά 73,2 χιλιόμετρα (45,5 μίλια) κάθε δευτερόλεπτο.

Ωστόσο, ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος είναι επίσης ενσωματωμένος στη φυσική του σύμπαντος. κοσμικό φόντο μικροκυμάτων ακτινοβολία (CMB). Μετρήσεις CMB κατά Ευρωπαϊκός Οργανισμός ΔιαστήματοςΗ αποστολή Planck του Hubble έδωσε μια τιμή για τη σταθερά Hubble 67,4 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec. Και οι δύο μετρήσεις έγιναν με υψηλή ακρίβεια, αλλά δεν μπορούν να είναι και οι δύο σωστές.

Αυτή η περίεργη διχοτόμηση, η οποία έγινε γνωστή ως τάση Hubble, είναι τώρα αναμφισβήτητα το πιο ενοχλητικό πρόβλημα στην κοσμολογία. Ενώ ορισμένοι αστρονόμοι υποψιάζονται ότι είναι το προϊόν ενός σφάλματος μέτρησης κάπου κατά μήκος της γραμμής, άλλοι πιστεύουν ότι θα μπορούσε να είναι ένας υπαινιγμός νέας φυσικής.

Αυτό ακριβώς προτείνει ένα νέο άρθρο, γραμμένο από επιστήμονες από τη Γερμανία, τη Σκωτία και την Τσεχική Δημοκρατία.

«Το Σύμπαν… φαίνεται να διαστέλλεται ταχύτερα στη γειτονιά μας – δηλαδή σε απόσταση περίπου τριών δισεκατομμυρίων ετών φωτός – από ό,τι στο σύνολό του», λέει ένας από τους συγγραφείς του άρθρου, ο Πάβελ Κρούπα, από το Πανεπιστήμιο της Βόννης, Γερμανία. πάνω σε δελτίο τύπου. «Και αυτό δεν πρέπει να συμβαίνει».

Η υπόθεσή τους επικεντρώνεται σε μια αστροφυσική παραδοξότητα που ονομάζεται supervoid Keenan-Barger-Cowie, που πήρε το όνομά της από την τριάδα των αστρονόμων που το μελέτησαν. Το υπερκενό είναι η λεγόμενη «υποπυκνότητα» της ύλης στο σύμπαν, μια περιοχή όπου στατιστικά υπάρχουν λιγότεροι γαλαξίες κατά μέσο όρο – και Γαλαξίας Γαλαξίας τυχαίνει να βρίσκεται ακριβώς στη μέση του, λένε οι επιστήμονες.

Έξω από αυτό το υπερκενό, οι γαλαξίες είναι κατά μέσο όρο συσσωρευμένοι λίγο πιο πυκνά, με αποτέλεσμα περισσότερη βαρύτητα που μπορεί να τραβήξει αντικείμενα μέσα στο υπερκενό προς το μέρος τους. Αυτό θα μπορούσε να δώσει την εντύπωση ότι χώρος επεκτείνεται πιο γρήγορα στη γειτονιά μας, προτείνει η ομάδα, καθώς οι γαλαξίες έλκονται από τη βαρύτητα της ύλης πέρα ​​από το υπερκενό.

«Αυτός είναι ο λόγος που απομακρύνονται από εμάς πιο γρήγορα από ό,τι θα περίμενε κανείς», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Indranil Banik από το Πανεπιστήμιο του St Andrews στη Σκωτία.

Το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας λέει ότι η ύλη πρέπει να κατανέμεται αρκετά ομοιόμορφα σε όλο το σύμπαν και ότι τυχόν κενά δεν πρέπει να μεγαλώνουν πέρα ​​από ένα ορισμένο μέγεθος. Επομένως, έχει κάποια δυσκολία να εξηγήσει ένα υπερκενό τόσο μεγάλο όσο το κενό Keenan-Barger-Cowie. Ορισμένοι αστρονόμοι, συμπεριλαμβανομένων των Kroupa και Banik, πιστεύουν ότι το τυπικό μοντέλο δεν μπορεί να το εξηγήσει, ενώ άλλοι, όπως ο Martin Sahlén, ο Iñigo Zubeldía και ο Joseph Silk του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, είχε καταχωρηθεί λέγοντας ότι μπορείς.

Στην υπόθεση των Krup, Banik και των συν-συγγραφέων τους (Sergij Mazurenko του Universität Bonn και Moritz Haslbauer του Πανεπιστημίου του Καρόλου στην Τσεχική Δημοκρατία), η τρέχουσα θεωρία της βαρύτητας, και επομένως της σκοτεινής ύλης, αντικαθίσταται από μια νέα θεωρία που ονομάζεται Νευτώνεια Δυναμική Τροποποιημένο ή MOND για συντομία. Αυτό υποθέτει ότι σε χαμηλές επιταχύνσεις, η βαρύτητα συμπεριφέρεται διαφορετικά από το πώς περιγράφεται Αϊνστάιν και του Νεύτωνα, και αυτή η επιπλέον βαρύτητα θα μπορούσε να αντικαταστήσει την ανάγκη για σκοτεινή ύλη. Στο παράδειγμα MOND, το σύμπαν θα μπορούσε πιο εύκολα να δημιουργήσει μεγάλα κενά όπως το υπερκενό Keenan-Barger-Cowie.

Ωστόσο, η ιδέα ότι η παρουσία του κενού μπορεί να επηρεάσει τις μετρήσεις του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος έχει αμφισβητηθεί έντονα στο παρελθόν. Ο νομπελίστας Adam Riess του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη, ο οποίος ηγείται των προσπαθειών μέτρησης της σταθεράς Hubble με υπερκαινοφανείς τύπου Ia, μαζί με τον W. D’Arcy Kenworthy του Johns Hopkin και τον Dan Scolnic του University Duke, στις Ηνωμένες Πολιτείες, έδειξε Αυτός ο τύπος Ia Supernovas παρατηρήθηκε πέρα ​​από το όριο του υπερκενού είχε τον ίδιο ρυθμό επέκτασης σαν αυτά μέσα στο κενό. Σε απάντηση, οι Krup, Banik, Mazurenko και Haslbauer υποστηρίζουν ότι το φαινόμενο του υπερκενού θα γινόταν αισθητό πολύ πέρα ​​από το ίδιο το κενό, και επομένως θα περίμενε κανείς να μετρήσει έναν υψηλότερο ρυθμό διαστολής σε σουπερνόβα πέρα ​​από τα όρια του κενού.

Σχετικές ιστορίες:

– Το «πρόβλημα Hubble» θα μπορούσε να βαθύνει με νέες μετρήσεις της διαστολής του σύμπαντος

– Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb μπορεί να προσδιορίσει εάν ο κοντινός εξωπλανήτης είναι κατοικήσιμος

— Οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν ανακαλύψει τις πλησιέστερες μαύρες τρύπες στη Γη

Άλλες μέθοδοι για τη μέτρηση της σταθεράς Hubble, οι οποίες είναι ανεξάρτητες από το υπερκενό και το Καθιερωμένο Μοντέλο της Κοσμολογίας, υποστηρίζουν επίσης ότι η τάση Hubble δεν μπορεί να εξηγηθεί. Παρακολούθηση της γωνιακής απόστασης στον ουρανό που περιφέρονται οι μέιζερ του νερού στα μοριακά σύννεφα υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες σε μακρινούς γαλαξίες, και στη συνέχεια εξάγοντας τη φυσική τους απόσταση από τη γεωμετρία, παρήγαγε μια σταθερή τιμή του Hubble 73,9 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, η οποία είναι κοντά στις μετρήσεις των σουπερνόβα τύπου Ia, δεδομένης της αβεβαιότητας στις μετρήσεις του μέιζερ. Υπάρχει επίσης το H0LiCOW (Το H0 αναφέρεται στη σταθερά Hubble), η οποία μελετά πώς το φως από κβάζαρ στο πρώιμο σύμπαν μπορεί να ακολουθήσει διαφορετικά μονοπάτια διαφορετικού μήκους μέσα από το προσκήνιο βαρυτικοί φακοί. Τα κβάζαρ παρουσιάζουν συχνά διακυμάνσεις στη φωτεινότητά τους. Καθώς ταξιδεύει στα διαφορετικά μονοπάτια μέσω του βαρυτικού φακού, το σύμπαν εξακολουθεί να διαστέλλεται και ο ρυθμός αυτής της διαστολής αποτυπώνεται στις διαφορετικές εικόνες φακών των παραλλαγών φωτεινότητας του κβάζαρ. Αυτό το έργο διαπιστώνει ότι ο ρυθμός επέκτασης είναι 73,3 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, σχεδόν πανομοιότυπο με την τιμή ενός σουπερνόβα τύπου Ia.

Αυτές οι μετρήσεις έρχονται σε αντίθεση με τις μετρήσεις CMB και είναι ανεξάρτητες από την υπόθεση ότι το υπερκενό μπορεί να δημιουργήσει την τάση Hubble. Τελικά, για να έχει τα πόδια αυτή η υπόθεση, φαίνεται ότι οι Κρούπα, Μπάνικ, Μαζουρένκο και Χασλμπάουερ θα πρέπει να πείσουν πολύ περισσότερους ανθρώπους.

Η υπόθεση δημοσιεύτηκε τον Νοέμβριο στο περιοδικό Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.

Για κάθε αναγνώστη που ενδιαφέρεται να διαβάσει περαιτέρω, μπορεί να βρεθεί μια λίστα άρθρων σχετικά με το θέμα της τάσης Hubble και των μετρούμενων σταθερών τιμών Hubble εδώ.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *