O vesmíre sa mýlime.
Mohlo by to byť niečo malé: problém merania, ktorý spôsobuje, že niektoré hviezdy vyzerajú bližšie alebo ďalej, ako sú, mohli by astrofyzici pomocou niekoľkých vylepšení opraviť, ako merajú vzdialenosti v priestore. Môže to byť niečo veľké: chyba - alebo séria chýb - v kozmológii alebo naše chápanie pôvodu a vývoja vesmíru. Ak je to tak, celá naša história priestoru a času môže byť zmätená. Bez ohľadu na to, v čom je problém, spôsobuje to, že kľúčové pozorovania vesmíru sa navzájom nezhodujú: Merané jedným spôsobom sa zdá, že vesmír sa rozširuje určitým tempom; merané iným spôsobom sa zdá, že vesmír sa rozširuje inou rýchlosťou. A ako ukazuje nový dokument, tieto nezrovnalosti sa v posledných rokoch zväčšili, dokonca aj keď boli merania presnejšie.
„Myslíme si, že ak je naše chápanie kozmológie správne, potom by nám všetky tieto rôzne merania mali dať rovnakú odpoveď,“ uviedla Katie Mack, teoretická kozmológka na Štátnej univerzite v Severnej Karolíne (NCSU) a spoluautorka nového príspevku. ,
Dve najznámejšie merania pracujú veľmi odlišne. Prvý sa spolieha na kozmické mikrovlnné pozadie (CMB): mikrovlnné žiarenie, ktoré zostalo z prvých okamihov po Veľkom tresku. Kozmológovia vybudovali teoretické modely celej histórie vesmíru na základoch CMB - modeloch, v ktoré sú veľmi presvedčení, a ktoré by si vyžadovali úplne novú fyziku. Celkovo povedané, Mack povedal, že produkujú primerane presné číslo pre Hubbleovu konštantu, alebo H0, ktorá určuje, ako rýchlo sa vesmír v súčasnosti rozširuje.
Druhé meranie využíva supernovy a blikajúce hviezdy v blízkych galaxiách, známych ako Cefeidy. Meraním toho, ako ďaleko sú tieto galaxie od našich vlastných a ako rýchlo sa od nás vzdialia, astronómovia získali to, čo považujú za veľmi presné meranie Hubbleovej konštanty. A táto metóda ponúka inú H0.
„Ak dostávame rôzne odpovede, znamená to, že niečo, čo nevieme,“ povedal Mack Live Science. „Nejde teda iba o pochopenie súčasnej miery expanzie vesmíru - čo je niečo, o čo sa zaujímame - ale o pochopenie toho, ako sa vesmír vyvíjal, ako sa vyvíjalo rozširovanie a čo vesmírny čas robil všetko toto. čas. "
Weikang Lin, tiež kozmológ na NCSU a hlavný autor článku, uviedol, že aby sa dosiahol úplný obraz problému, tím sa rozhodol zaokrúhliť všetky rôzne spôsoby „obmedzenia“ H0 na jednom mieste. Príspevok ešte nebol formálne recenzovaný alebo publikovaný a je k dispozícii na serveri arXiv pre predtlač.
Tu je to, čo znamená „obmedzovanie“: Fyzikálne merania len zriedka dokážu zistiť presné odpovede. Namiesto toho obmedzujú rozsah možných odpovedí. A pri pohľade na tieto obmedzenia spolu sa môžete dozvedieť veľa o niečom, čo študujete. Napríklad pri pohľade cez jeden ďalekohľad by ste sa mohli dozvedieť, že bod svetla v priestore je buď červený, žltý alebo oranžový. Iný vám môže povedať, že je jasnejší ako väčšina ostatných svetiel vo vesmíre, ale menej jasný ako slnko. Iný vám môže povedať, že sa pohybuje po oblohe tak rýchlo, ako planéta. Žiadne z týchto obmedzení by vám to samo o sebe nepovedalo, ale spolu naznačujú, že sa pozeráte na Mars.
Lin, Mack a ich tretí spoluautor, postgraduálny študent NCSU Liqiang Hou, sa pozrel na obmedzenia dvoch konštánt: H0 a niečo, čo sa nazýva „hromadný zlomok“ vesmíru, označený ako Ωm, ktorý vám povie, koľko z vesmíru je energia a koľko je vecí. Mnohé merania H0 tiež obmedzujú Ωm, povedal Lin, takže je užitočné sa na ne pozerať spolu.
To vytvorilo tento farebný pozemok:
Natiahnutý purpurový oválny značený WMAP je rozsah možných hmotnostných frakcií a Hubbleových konštánt, ktoré boli možné na základe hlavnej minulej štúdie NASA CMB, známej ako Wilkinsonova mikrovlnná anizotropná sonda. Žltý stĺpec označený CV SN (skratka pre „Cefeidom kalibrovaný Supernova typu Ia“) sa vzťahuje na merania Cepheid-supernova, ktoré neobmedzujú hmotnostný zlomok vesmíru, ale obmedzujú H0. Červený stĺpec označený SN P (skratka pre „Panteón typu Ia Supernovae“) je hlavným obmedzením hmotnostného zlomku vesmíru.
Vidíte, že okraje WMAP a CV SN sa prekrývajú, väčšinou mimo červeného pruhu. To bol obraz rozporu pred niekoľkými rokmi, Mack povedal: Je to dosť významné na to, aby sme sa obávali, že tieto dve merania prinášali rôzne odpovede, ale nie také významné, aby boli nekompatibilné s malým vylepšením.
Ale v posledných rokoch došlo k novému meraniu CMB od skupiny s názvom Planck Collaboration. The Planck Collaboration, ktorá vydala svoj najnovší súbor údajov v roku 2018, kladie veľmi prísne obmedzenia na hmotnostný zlomok a mieru expanzie vesmíru, ktoré označuje čierny kúsok na grafe označenom Planck.
Autori napísali, objavujú sa dva úplne odlišné obrázky vesmíru. Planck a WMAP - spolu s celým radom iných prístupov k obmedzeniu H0 a Ωm - sú viac-menej kompatibilné. Na pozemku je miesto v kruhu bielych pomlčiek, kde všetci umožňujú podobné odpovede na to, ako rýchlo sa vesmír rozširuje a koľko z toho je vyrobená z hmoty. Môžete vidieť, že takmer všetky tvary na pozemku prechádzajú týmto kruhom.
Ale najpriamejšie meranie založené na skutočnom štúdiu toho, ako ďaleko sú veci v našom miestnom vesmíre a ako rýchlo sa pohybujú, nesúhlasí. Meranie Cepheidu je úplne vpravo a ani prerušované čiary neprechádzajú jeho chybové stĺpce (slabé žlté bity označujúce rozsah pravdepodobných hodnôt). A to je problém.
„Len v posledných mesiacoch sa v tejto oblasti robilo veľa aktivít,“ uviedla Risa Wechsler, kozmológka na Stanfordskej univerzite, ktorá sa do tohto dokumentu nezapojila. „Takže je naozaj pekné vidieť všetko zhrnuté. Rámec toho, čo sa týka H0 a Ωm, ktoré sú základnými parametrami, je naozaj vyjasňujúci.“
Napriek tomu Wechsler povedal spoločnosti Live Science, že je dôležité neskočiť na žiadne závery.
„Ľudia sú nadšení, pretože to môže znamenať, že existuje nová fyzika, a to by bolo skutočne vzrušujúce,“ povedala.
Je možné, že model CMB je nejakým spôsobom nesprávny, čo vedie k nejakej systematickej chybe v tom, ako fyzici chápu vesmír.
„Každý by si to obľúbil. Fyzici radi prelomia svoje modely,“ povedal Wechsler. „Ale tento model zatiaľ funguje celkom dobre, takže mojím predchádzajúcim je, že musí existovať dosť silný dôkaz, ktorý ma presvedčí.“
Štúdia ukazuje, že by bolo ťažké spojiť meranie Cepheida z miestneho vesmíru so všetkými ostatnými zavedením iba jednej novej fyziky, uviedol Mack.
Mack povedal, že je možné, že výpočet supernovas-Cefeid je jednoducho nesprávny. Možno, že fyzici zle merajú vzdialenosti v našom miestnom vesmíre, čo vedie k nesprávnemu výpočtu. Je ťažké si predstaviť, aký by bol taký prepočítanie, povedala. Mnoho astrofyzikov meralo miestne vzdialenosti od nuly a prišli s podobnými výsledkami. Jednou z možností, ktorú autori vzniesli, je len to, že žijeme v podivnom kúsku vesmíru, kde je menej galaxií a menej gravitácie, takže naše okolie sa rozširuje rýchlejšie ako vesmír ako celok.
Odpoveď na problém by mohla byť hneď za rohom. Ale pravdepodobnejšie je to roky alebo desaťročia.
„Je to niečo nové vo vesmíre alebo to, čo nechápeme o našich meraniach,“ povedala.
Wechsler povedala, že by na ňu stavila - že pravdepodobne existuje niečo, čo nie je celkom správne, o chybových pruhoch okolo niektorých zahrnutých meraní, a že akonáhle budú tieto rozlíšenia vyriešené, obraz sa zmestí peknejšie.
Prichádzajúce merania môžu objasniť protirečenie - buď to vysvetlia preč alebo ho zvýšia, čo naznačuje, že je potrebné nové pole fyziky. Veľký synoptický prieskumný ďalekohľad, ktorý by mal byť uvedený do prevádzky v roku 2020, by mal nájsť stovky miliónov supernov, čo by malo výrazne zlepšiť súbory údajov, ktoré astrofyzici používajú na meranie vzdialeností medzi galaxiami. Mack povedal, že štúdie gravitačných vĺn budú dosť dobré na to, aby obmedzili expanziu vesmíru, čo by malo kozmológii pridať ďalšiu úroveň presnosti. Fyzici by povedali, že po ceste môžu dokonca vyvinúť nástroje, ktoré sú dostatočne citlivé na to, aby sledovali, ako sa objekty v reálnom čase od seba vzdialia.
Kozmológovia však zatiaľ čakajú a pýtajú sa, prečo ich merania vesmíru nedávajú zmysel spolu.
