Скорость расширения Вселенной, какова она?
В последних работах исследователей все больше придается значение скорости расширения Вселенной. Но с каждым новым открытием это задание становится все сложнее.
Закон Хаббла
Чтобы описать процесс увеличения расстояния между галактиками во Вселенной, ученые вывели закон, который впоследствии был назван законом Хаббла. Главной составляющей этого закона есть выведенный коэффициент, которым можно описать скорость разъединения галактик, это постоянная Хаббла. Что же это значит? Как уже было известно, Вселенная расширяется равномерными темпами. Но поскольку в давнем времени она была плотнее, галактики, находившиеся в более дальних расположениях, начали отдаляться быстрее. В связи с чем столь частые отличия при определении параметра Хаббла. Данный коэффициент имеет влияние на несколько категорий: темную материю и энергию. Но об этом немного позже.
Методы определения постоянной Хаббла
Те методы, в основе которых использование света от временных и сменных звезд Цефеид, предполагают, что все частички движутся в направлении противоположном Земли, и их скорость увеличивается на 74 километра в секунду, то есть на каждый мегапарсек. Теми методами, в основе которых реликтовое излучение, была установлена иная скорость в размере 68 километра в секунду, на каждый мегапарсек. Исследователям такое различие объяснить еще тяжело. Но предполагаемая причина – использование слишком разного вида излучений.
Возвращаясь к темной материи и темной энергии, можно сказать, что в нынешнем мире последняя имеет больше влияние, чем прежде, в связи с чем Вселенная не только увеличивается, но и процесс расширения происходит намного быстрее.
Две фазы расширения Вселенной
Ученые и раньше полагали о существовании двух фаз увеличения Вселенной: первая – которая наблюдается в нынешнем времени, и вторая, после Большого взрыва, когда произошло очень резкое расширение. Было также упомянуто о том, что нечто схожее могло уже быть и в предыдущее время в истории Вселенной
Сейчас же, в современном мире исследований, эти два положения пребывают только на первичном этапе исследования и были пока опубликованы лишь в электронных источниках, и даже без рецензирования.
Но, несмотря на это, определенно каждой новоявленной идее стоит рассматривать все уже известные до этого данные. Это может послужить толчком для открытия все более прогрессивных результатов.
Источник
О параметре Хаббла и скорости расширения Вселенной
Для начала стоит пояснить, как измеряется скорость расширения Вселенной для тех, кто не читал предыдущие части или подзабыл: чем дальше объект, тем он быстрее от нас удаляется по закону Хаббла. Основным параметром, характеризующим изменение скорости расширения является постоянная Хаббла — это значение ок. 69 км/с/Мпк. То есть объект, находящийся на расстоянии в один мегапарсек (3 260 000 световых лет), будет удаляться от нас со скоростью 69 км/с. Но так было не всегда.
Когда-то постоянная Хаббла не была другой (отсюда ее и постоянной не назовешь) — в зависимости от плотности материи меняется и значение постоянной. Раньше плотность вещества была выше — то есть была больше и хаббловская величина и скорость расширения. При высочайшей плотности, в начальной стадии развития Вселенной, произошла эпоха инфляции, когда ткань пространства-времени расширялась невероятно быстро: этот период длился с 10^-35 сек до 380 000 лет. Но сейчас она должна расширяться медленнее и медленнее, ускорение расширения должно падать, но пока что идет спор о природе увеличения ускорения расширения, так как в последние годы стала популярна теория темной материи, которая позволяет ускорить расширение.
В эпоху Хаббла, когда не существовало технологий для обнаружения далеких (+1 млрд ly) галактик, ученые считали, что удаление объектов от нас (то есть расширение Вселенной) линейно. Со временем, заглядывая все дальше вглубь Метагалактики, мы обнаружили, что далекие объекты удаляются от нас намного быстрее, чем это ожидалось по закону Хаббла. Наблюдательное красное смещение (грубо говоря, отношение скорости и постоянной Хаббла) не совпадает с теоретическими расчетами. Почему?
Существует прямолинейная зависимость, определяющая верность закона Хаббла: отношение расстояния к радиальной скорости. Отсюда можно понять, что постоянная Хаббла на самом деле является параметром — изменяемой величиной. Это предсказывал еще Александр Фридман за 2 года до хаббловского открытия: его первое уравнение, определяющее скорость расширения и эволюцию пространства-времени в зависимости от форм материи и энергии, а также кривизны. Русский геолог вычислил закономерность падения плотности материи, излучения и темной энергии — последняя из них постоянна.
Из уравнения легко понять, что при повышенной плотности скорость расширения больше, а при меньшей — меньше. Дошедший за миллиарды лет свет галактик показывает нам их вид, какими они были многие годы назад, когда плотность материи и скорость расширения была выше. Темная энергия заработала примерно вполовину возраста Вселенной: около 6-7 млрд лет назад, когда скорость расширения была на 80% выше сегодняшней; 13 млрд лет назад скорость расширения была в 17 раз больше, чем сейчас; через 115 млрд лет скорость расширения упадет пятикратно.
Вселенная Айлашкерского — исследуем космос вместе!
Источник
Как понять: Вселенная расширяется быстрее скорости света
Как учёные доказали и с какой нарастающей скоростью Вселенная расширяется, тема сегодняшней статьи.
Общие сведения
Ещё в середине 19 века австрийский физик Доплер открыл явление, при котором частота звука (частота – количество повторений за определённый момент времени) уменьшается от удаляющегося объекта и увеличивается от приближающегося. Позже было установлено, что такому явлению поддаётся и свет.
Вследствие чего, когда космическое небесное тело отдаляется от наблюдателя, то телу придаётся красный оттенок, когда приближается – фиолетовый. Видимую часть света можно разложить на 7 цветов: от красного до фиолетового.
Цвета различаются длинами волн. Наибольшая длина волны в красном диапазоне, наименьшая в фиолетовом. Чем быстрее объект отдаляется от наблюдателя, тем больший будет эффект красного смещения.
В начале 20 века, в силу гравитационного притяжения любого тела, астрономы были уверены, со временем Вселенная сожмётся и уменьшится в размерах. Однако Эдвин Хаббл в 1929 году обнаружил методом эффекта Доплера , что далёкие галактики не приближаются, а отдаляются, причём с увеличивающейся скоростью.
Эта новость стала сенсацией для всего мира. Оказалось, что Вселенная не сокращается, а расширяется с ускорением. Только в Космосе эффект красного смещения становится заметным на расстояниях больше чем 10 миллионов световых лет (1 световой год = 9,5 триллиона км).
Наша галактика Млечный Путь входит в местную группу из 50 галактик, главная Андромеда. Через несколько миллиардов лет местная группа превратится в одну галактику. Ближние галактики не отдаляются друг от друга, гравитация побеждает. Размер местной группы
3 миллиона световых лет.
Что заставляет расширяться Вселенную?
Учёные мало знают об этом явлении, дали общее название — Тёмная энергия . Однако в 21 веке астрономы установили силу растягивания Вселенной по отношению к закону всемирного тяготения. Сила Тёмной энергии больше силы гравитации в очень мизерное число, в 0,0000000. 1 (122 нуля после запятой и 1 в конце).
Практически 0, но благодаря этому числу Вселенная расширяется. Если бы сила Тёмной энергии была бы чуть больше, вместо 122 нулей 118 после запятой, то галактики, звёзды, даже планеты никогда бы не образовались от сильного разрыва. Соответственно, жизнь бы так и не зародилась. Ну а если бы вместо 122 нулей 126, то Вселенная давно бы сократилась, попросту исчезла.
Какова нарастающая скорость расширения Вселенной?
В 2014 году с помощью космического телескопа Planck установлена примерная скорость расширения Вселенной
67,8 (км/сек)/мегапарсек . 1 мегапарсек = 3,87 миллиона световых лет.
Пример, если галактика находится на расстоянии 1 мегапарсек, то она отдаляется со скоростью 67,8 км/сек. Если же галактика расположена на расстоянии в 3 мегапарсеках, например, галактика Maffei-1 , то она отдаляется со скоростью 67,8*3 = 203,4 км/сек вместе с пространством.
Дальние галактики отдаляются с большей, чем скорость света, из-за растяжения самого пространства. То есть постулат Эйнштейна, где ничего не может двигаться быстрее скорости света не нарушается.
О тех галактиках человечество так ничего не узнает, так как излучаемый свет от них никогда не достигнет Земли. Наша галактика также движется быстрее скорости света относительно дальних галактик.
И неважно, где бы объект не находился, относительно него Вселенная будет расширяться, а сам он расположен как бы в центре. Возможно, учёные когда-нибудь определят центр всего.
Понравилась статья, подписывайтесь на канал, ставьте лайк, делитесь информацией в социальных сетях. Дальше будет интереснее!
Источник
Насколько быстро расширяется Вселенная?
Команды Хаббла и Гайи объединились, чтобы провести наиболее точное измерение на сегодня
В 1920-х Эдвин Хаббл сделал революционное открытие – оказалось, что Вселенная расширяется. Изначально такое положение вещей предсказывала Общая теория относительности Эйнштейна. Скорость этого расширения получила название «постоянной Хаббла». К сегодняшнему дню с помощью современных телескопов – таких, как телескоп Хаббла – астрономы заново измерили и пересмотрели эту величину уже много раз.
Эти измерения подтвердили, что скорость расширения со временем увеличивалась, хотя учёные не уверены в том, почему. Последние измерения были проведены международной командой учёных, которые использовали данные с Хаббла, а потом сравнили их с данными, полученными на обсерватории Гайя Европейского космического агентства. В результате были получены наиболее точные измерения постоянной Хаббла на сегодняшний день, которые, однако, не сняли вопросы по поводу космического ускорения.
Исследование, описывающее эти открытия, было опубликовано в июле в журнале Astrophysical Journal под названием: «Стандарты цефеид Млечного пути для измерения космических расстояний и их применение к Гайя DR2: последствия для постоянной Хаббла». В исследовании участвовали учёные из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, Университета Джонса Хопкинса, Национального института астрофизики, Калифорнийского университета в Беркли, Техасского университета A&M и Европейской южной обсерватории.
Три этапа измерения постоянной Хаббла: измерение параллакса для цефеид, измерение галактик, содержащих цефеиды и сверхновые типа Ia, измерение удалённых галактик, содержащих сверхновые типа Ia.
С 2005 года Адам Рисс – нобелевский лауреат, работающий с Институтом исследований космоса с помощью космического телескопа и Университетов Джонса Хопкинса – работал над уточнением значения постоянной Хаббла, усиливая и улучшая процесс построения космической лестницы расстояний. Вместе со своей командой, известной как «использование сверхновой H0 для вычисления уравнения состояния» (Supernova H0 for the Equation of State, SH0ES), они успешно уменьшили погрешность измерений скорости расширения Вселенной до 2,2%.
Если подробно, то астрономы традиционно используют шкалу расстояний в астрономии, или лестницу расстояний, для измерения расстояний до дальних объектов Вселенной. Она строится на основе таких вех, как переменные звёзды цефеиды – пульсирующие звёзды, расстояние до которых можно вычислить, сравнивая их абсолютную яркость с видимой [а абсолютную яркость вычислить, исходя из периода пульсаций / прим. перев.]. Такие измерения затем сравниваются с красным смещением света, приходящим от далёких галактик, чтобы определить, насколько быстро расширяется пространство между галактиками.
Отсюда выводится и постоянная Хаббла. Ещё один метод, это наблюдение за реликтовым излучением, и отслеживание расширения ранней Вселенной — когда с Большого взрыва прошло примерно 378 000 лет – из которых при помощи физики и экстраполяции выводится современная скорость расширения. Вместе этим методы должны обеспечить график расширения Вселенной с самого начала и до сегодняшних дней.
Однако астрономы уже довольно давно знают, что два этих измерения не совпадают между собой. В предыдущем исследовании, когда Рисс с командой также проводили исследования при помощи телескопа Хаббла, они получили значение постоянной, равное 73 км/с/Мпк. Тем временем, результаты, полученные из измерений обсерватории Планк (наблюдавшей за реликтовым излучением с 2009 по 2013 года), говорят о том, что постоянная Хаббла должна равняться 67 км/с/Мпк, и уж точно не более 69 – а это расхождение на целых 9%.
Реликтовое излучение в псевдоцветах
Как отметил Рисс в недавнем пресс-релизе НАСА:
Напряжённость переросла в настоящую несовместимость нашего представления о ранней и поздней Вселенной. Встало ясно, что это уже не следствие какой-то жуткой ошибки в одном из измерений. Это похоже на то, как если бы вы предсказали рост ребёнка по графику роста людей, а потом обнаружили, что, повзрослев, он очень сильно превысил ожидания. Мы совершенно сбиты с толку.
В данном случае Рисс с коллегами использовали телескоп Хаббл для оценки яркости удалённых цефеид, а Гайя предоставила данные по параллаксу – видимому изменению местоположения объекта в зависимости от точки зрения – необходимые для определения расстояния. Ещё один вклад Гайи заключался в измерении расстояния до 50 цефеид Млечного пути, которые были скомбинированы с измерениями Хаббла.
Это позволило астрономам более точно откалибровать Цефеиды и использовать те из них, что находятся вне Млечного Пути, в качестве маркеров. Используя измерения, полученные с Хаббла и новые данные от Гайи, Рисс с коллегами смогли уточнить измеренное значение скорости расширения до 73,5 км/с/Мпк.
Спутник Гайя Европейского космического агентства в данный момент выполняет свою пятилетнюю миссию по построению карты звёзд Млечного Пути.
Стефано Казертано из Института исследований космоса с помощью космического телескопа и член команды SH0ES добавил:
Хаббл удивительно хорошо справляется с ролью обсерватории общего назначения, но Гайя – это новый стандарт калибровки расстояний. Он специально создан для измерения параллакса – его для этого разработали. Гайя даёт новые возможности по рекалибровке всех предыдущих измеренных расстояний и подтверждает нашу предыдущую работу. Мы получаем ту же самую величину для постоянной Хаббла, заменяя все предыдущие калибровки шкалы расстояний просто величинами параллаксов, полученными от Гайи. Это перекрёстная проверка двух мощнейших и точных обсерваторий.
В будущем Рисс и его команда надеются продолжать работать с Гайей, чтобы уменьшить погрешность, связанную с постоянной Хаббла, до 1% к началу 2020-х. Тем временем расхождение между современной скоростью расширения и той, что получена из данных по реликтовому излучению, будет продолжать удивлять астрономов.
В итоге это может стать признаком того, что во Вселенной работает какая-то другая физика, что тёмная материя взаимодействует с нормальной материей не так, как подозревали учёные, или, что тёмная энергия может оказаться ещё более экзотической, чем считалось ранее. Какой бы ни была причина, ясно, что у Вселенной ещё найдутся для нас сюрпризы!
Источник