Wszechświat rozszerza się tak szybko, że możemy potrzebować nowej fizyki, aby to wyjaśnić

Wszechświat rozszerza się szybciej niż oczekiwano, co sugeruje, że astronomowie mogą być zmuszeni do włączenia nowej fizyki do swoich teorii na temat tego, jak działa kosmos, wynika z nowych badań.

Zrewidowane tempo ekspansji jest o około 10% szybsze niż przewidują obserwacje trajektorii wszechświata krótko po Wielkim Wybuchu, zgodnie z nowymi badaniami. Badanie znacznie zmniejsza również prawdopodobieństwo, że ta rozbieżność jest przypadkowa, z 1 na 3,000 do zaledwie 1 na 100,000.

„To niedopasowanie rosło i teraz osiągnęło punkt, który jest naprawdę niemożliwy do odrzucenia jako przypadek”, powiedział w oświadczeniu główny autor badania Adam Riess, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore.

„To nie jest to, czego oczekiwaliśmy”, powiedział Riess, który zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 roku (wraz z Brianem Schmidtem i Saulem Perlmutterem) za pokazanie, pod koniec lat 90-tych, że ekspansja wszechświata przyspiesza. Nie jest jasne, co jest motorem tego zaskakującego przyspieszenia, ale wielu astronomów powołuje się na tajemniczą, odpychającą siłę zwaną ciemną energią.

Powiązane: The Universe: Big Bang to Now in 10 Easy Steps

Ta ilustracja pokazuje trzy podstawowe kroki, których astronomowie używają, aby obliczyć jak szybko Wszechświat rozszerza się w czasie, wartość zwaną stałą Hubble’a. Wszystkie kroki polegają na zbudowaniu silnej „kosmicznej drabiny odległości”, poprzez rozpoczęcie od dokładnych pomiarów odległości do pobliskich galaktyk, a następnie przejście do galaktyk znajdujących się coraz dalej i dalej. Drabina ta jest serią pomiarów różnych rodzajów obiektów astronomicznych o wewnętrznej jasności, którą naukowcy mogą wykorzystać do obliczenia odległości. (Image credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI))

W nowym badaniu, Riess i jego koledzy użyli Kosmicznego Teleskopu Hubble’a do zbadania 70 gwiazd zmiennych Cefeid w Wielkim Obłoku Magellana (LMC), jednej z galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej. Gwiazdy zmienne cefeidalne ściemniają się i rozjaśniają w przewidywalnych odstępach czasu i dlatego są „świecami standardowymi”, które pozwalają astronomom obliczać odległości.

(Inny rodzaj świec standardowych, eksplozje gwiazd znane jako supernowe typu 1a, pozwalają naukowcom mierzyć odległości jeszcze dalej w kosmosie. Badania Riessa, Schmidta i Perlmuttera nad wybuchami supernowych typu 1a doprowadziły do ich nagrodzonego Noblem odkrycia.)

Riess i jego zespół włączyli również obserwacje poczynione przez Projekt Araukaria, współpracę naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Europy i Chile, którzy badali różne układy podwójne gwiazd w LMC, zauważając przyciemnienie, które miało miejsce, gdy jedna gwiazda przechodziła przed swoją sąsiadką. Praca ta dostarczyła dodatkowych pomiarów odległości, pomagając zespołowi badawczemu w lepszym zrozumieniu wewnętrznej jasności cefeid.

Badacze wykorzystali wszystkie te informacje do obliczenia obecnego tempa ekspansji wszechświata, wartości znanej jako stała Hubble’a, od nazwiska amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a. Nowa liczba wynosi około 46,0,0. Nowa liczba to około 46,0 mil (74,03 kilometrów) na sekundę na megaparsek; jeden megaparsek to około 3,26 miliona lat świetlnych.

Pewność związana z tą liczbą to tylko 1,9%, powiedzieli naukowcy. Jest to najniższa wartość niepewności, jaka do tej pory została obliczona przy użyciu tego podejścia – w porównaniu z około 10% w 2001 roku i 5% w 2009 roku.

Przewidywane” tempo ekspansji, dla kontrastu, wynosi około 41,9 mil (67,4 km) na sekundę na megaparsek. To przewidywane tempo opiera się na obserwacjach, które europejski satelita Planck poczynił w kosmicznym mikrofalowym tle – świetle pozostałym po Wielkim Wybuchu, który stworzył wszechświat 13,82 miliarda lat temu.

„To nie są tylko dwa eksperymenty, które się nie zgadzają. Mierzymy coś fundamentalnie odmiennego” – powiedział Riess.

„Jeden jest pomiarem tego, jak szybko wszechświat rozszerza się dzisiaj, tak jak my to widzimy. Drugi jest przewidywaniem opartym na fizyce wczesnego wszechświata i na pomiarach tego, jak szybko powinien się rozszerzać” – dodał. „Jeśli te wartości się nie zgadzają, istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że brakuje nam czegoś w modelu kosmologicznym, który łączy te dwie ery.”

Nowe badania zostały opublikowane dzisiaj (25 kwietnia) w The Astrophysical Journal. Można je przeczytać za darmo w internetowym serwisie preprintów arXiv.org.

  • Nasz rozszerzający się Wszechświat: Age, History & Inne fakty
  • Hubble in Pictures: Top Picks Astronomers' Top Picks (Photos)
  • Typy gwiazd zmiennych: Cepheid, Pulsating and Cataclysmic

Książka Mike’a Walla o poszukiwaniu obcego życia, „Out There” (Grand Central Publishing, 2018; ilustrowana przez Karla Tate’a), jest już dostępna. Śledź go na Twitterze @michaeldwall. Śledź nas na Twitterze @Spacedotcom lub na Facebooku.

Ostatnie wiadomości

{{ articleName }}

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *