Stała Hubble'a to jednostka, która opisuje, jak szybko wszechświat rozszerza się w różnych odległościach od określonego punktu w przestrzeni. Jest to jeden z kluczowych elementów naszego rozumienia ewolucji wszechświata - a naukowcy pogrążeni są w debacie na temat jego prawdziwej wartości.
Jak odkryto stałą Hubble'a
Stała Hubble'a została po raz pierwszy obliczona w 1920 roku przez amerykańskiego astronoma Edwina Hubble'a. Odkrył, że według NASA rozmyte, podobne do chmur obiekty niebieskie to odległe galaktyki znajdujące się poza naszą galaktyką Mlecznej Drogi.
Wcześniej amerykańska astronomka Henrietta Leavitt wykazała, że gwiazdy specjalne zwane zmiennymi cefeidowymi, których jasność regularnie rośnie i opada, mają ścisłą korelację między okresem ich zmienności a ich wewnętrzną jasnością. Wiedząc, jak jasne jest naprawdę Cefeid i jak słabe było jego światło, gdy widziane z Ziemi, Hubble był w stanie wyliczyć odległość Cefeid.
To, co znalazł Hubble, było niezwykłe. Wydaje się, że wszystkie galaktyki we wszechświecie oddalają się od naszej planety. Co więcej, im bardziej galaktyka była, tym szybciej się cofała. Ta obserwacja, którą Hubble dokonał w 1929 r., Stała się podstawą tak zwanego prawa Hubble'a, które stwierdza, że istnieje związek między odległością, jaką obiekt w kosmosie dzieli od nas, a prędkością, z jaką się cofa, według wyjaśniającego z Cornell University.
Nawiasem mówiąc, Ziemia nie znajduje się w uprzywilejowanym miejscu w centrum wszechświata. Każdy obserwator w dowolnym miejscu w kosmosie zobaczy, że istoty niebieskie oddalają się w tempie rosnącym wraz z odległością.
Korzystając ze swoich danych, Hubble próbował oszacować stałą, która nosi jego imię, tworząc wartość około 342 000 mil na godzinę na milion lat świetlnych lub 501 kilometrów na sekundę na megaparsesek (Mpc) w jednostkach kosmologów. (Megaparsek jest równy 3,26 miliona lat świetlnych). Bardziej precyzyjne nowoczesne techniki udoskonaliły ten początkowy pomiar i wykazały, że był on około 10 razy zbyt wysoki.
Dlaczego stała Hubble'a ciągle się zmienia
Ale to, o ile dokładnie Hubble był wyłączony, pozostaje kwestią sporną. W latach 90. astronomowie odkryli, że odległe supernowe były ciemniejsze, a zatem dalej, niż wcześniej podejrzewali. Odkrycie to wskazało, że wszechświat nie tylko się rozszerza, ale także przyspiesza swoją ekspansję. Wynik wymagał dodania ciemnej energii - tajemniczej siły rozbijającej wszystko w kosmosie - do modeli kosmologów wszechświata.
Po tej niespodziance badacze próbowali ustalić tempo kosmicznego przyspieszenia, dowiedzieć się, jak wszechświat się zaczął i ewoluował oraz jaki będzie jego ostateczny los. Dane ze zmiennych Cefeid i innych źródeł astrofizycznych obliczały stałą Hubble'a na 50.400 mil na godzinę na milion lat świetlnych (73,4 km / s / Mpc) w 2016 r.
Ale alternatywny numer uzyskano na podstawie informacji z satelity Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej. Statek kosmiczny spędził ostatnie 10 lat na pomiarach kosmicznego mikrofalowego tła - echa z Wielkiego Wybuchu, które zawiera dane o podstawowych parametrach wszechświata. Planck stwierdził, że stała Hubble'a wynosi 46 200 mil na godzinę na milion lat świetlnych (67,4 km / s / Mpc) w 2018 r.
Te dwie wartości mogą nie wydawać się bardzo różne. Ale każdy z nich jest wyjątkowo precyzyjny i nie zawiera nakładania się między słupkami błędów. Jeśli oszacowanie Cefeid jest nieprawidłowe, oznacza to, że wszystkie pomiary odległości astronomów były nieprawidłowe od czasów Hubble'a. Jeśli drugie oszacowanie jest błędne, wówczas nowa fizyka egzotyczna musiałaby zostać wprowadzona do modeli fizyków wszechświata. Jak dotąd żaden zespół naukowców, który ustalił liczby, nie był skłonny przyznać się do poważnych błędów pomiarowych.
W lipcu 2019 r. Astronomowie zastosowali nowatorską technikę, aby wymyślić nowe obliczenia stałej Hubble'a. Naukowcy badali światło czerwonych gigantycznych gwiazd, które pod koniec życia osiągają tę samą jasność szczytową. Oznacza to, że podobnie jak w przypadku Cefeid, astronomowie mogą spojrzeć na to, jak ciemne czerwone gigantyczne gwiazdy pojawiają się z Ziemi i oszacować ich odległość. Nowa wartość znajdowała się dokładnie pomiędzy dwoma starymi - 47 300 mil na godzinę na milion lat świetlnych (69,8 km / s / Mpc) - ale naukowcy jeszcze nie ogłosili zwycięstwa.
„Chcieliśmy zrobić remis”, powiedział Barry Madore, astronom z University of Chicago i członek zespołu, który dokonał najnowszych pomiarów, powiedział Live Science. „Ale nie powiedziałem, że ta strona lub ta strona ma rację. Powiedział, że było o wiele więcej wpadek niż wszyscy wcześniej sądzili.”
Debata trwa. Niektórzy sugerują, że laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO), które przygląda się zmarszczkom w przestrzeni czasoprzestrzennej utworzonej przez zderzające się odległe gwiazdy neutronowe, może zapewnić inny niezależny punkt danych. Inni szukają soczewkowania grawitacyjnego, które pojawia się, gdy niezwykle masywne obiekty wyginają się i wypaczają czasoprzestrzeń jak szkło powiększające, zapewniając zerknięcie na obiekty jeszcze dalej, aby usunąć rozbieżność. Ale w tej chwili nikt nie jest pewien, gdzie i kiedy pojawi się ostateczna odpowiedź na temat stałej Hubble'a.
