Fizik

Yeni Fizik için Yeni Bir Yardstick

Şu anda evrenin nasıl ortaya çıktığına dair en iyi açıklamanın, yaklaşık 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama’nın vahşi, harika ve son derece gizemli üstel enflasyonunda doğması olduğu düşünülmektedir. Uzay-zaman o zamandan beri daha büyük ve daha büyük, soğuk ve soğuk, orijinal sıcak, yoğun durumdan gelişen, sadece kendi kıyamet doğru çok daha görkemli bir hızda genişletmek için büyüyor. Gizemli bir evrende yaşarız– çoğu göremediğimiz — ve şu anki genişleme hızının tuhaf bir maddeden kaynaklandığına inanılıyor. Karanlık Enerji. Karanlık Enerji genellikle Uzay’ın bir özelliği olarak kabul edilir ve ilk olarak Albert Einstein’ın hesaplamalarında ortaya çıkmıştır. Genel Görelilik Teorisi (1915).

Yine de, çok, Çok Evrenimiz hakkında bilinenden daha fazla bilinmemektedir. Şubat 2018’de gökbilimciler NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu (HST) Yaklaşık bir yüzyıl önce ilk kez hesaplandığı evrenden bu yana genişleme hızının en kesin ölçümlerini yapmak. Bu yeni ölçümlerin ilginç sonuçları astronomları Evren’de şaşırtıcı bir şeyin büyüleyici kanıtlarını gördüklerini düşünmeye zorluyor.

Bunun nedeni, Hst ölçümler, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra görülen yörüngesine dayanarak evrenin şu anda bilim adamlarının beklediğinden daha hızlı genişlediğini ortaya koyan rahatsız edici bir tutarsızlığı doğruluyor. Astronomlar şimdi tutarsızlığı açıklamak için yeni fizik olabileceğini öneriyorlar.

Baş araştırmacı ve Nobel Ödüllü Dr. Adam Riess 22 Şubat 2018’de “Toplum gerçekten bu tutarsızlığın anlamını anlamakla boğuşuyor” yorumunu yaptı. Hubblesite Basın Bülteni. Dr. Riess Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScl) Ve Johns Hopkins Üniversitesi, ikisi de Baltimore, Maryland’de.

Dr. Riess’in ekibi, dr. Stefano Casertano’yu da içerir ( STScl ve Johns Hopkins), ünlü yararlanarak olmuştur Hubble Uzay Teleskobu son yarım düzine yıl boyunca galaksilere olan uzaklıkların ölçümlerini daha hassas hale getirmek için, kurucu yıldızlarını mesafe işaretleri olarak kullandılar. Bu ölçümler daha sonra evrenin zaman içinde ne kadar hızlı genişlediğini hesaplamak için kullanılır, bir değer olarak adlandırılır Hubble sabiti. Ekibin yeni çalışması, analiz edilen yıldız sayısını uzaya 10 kat daha fazla olan mesafelere yükseltti. Hst Sonuç -ları.

Ancak, Dr. Riess’in yeni değeri, büyük patlamadan 378.000 yıl sonra, evreni neredeyse 14 milyar yıl önce yaratan şiddetli doğum patlaması olan ilkel Evrenin genişlemesinin gözlemlerinden elde edilen beklenen değer le arasındaki çatışma dan dolayı bir sorun teşkil ediyor. Bu ölçümler tarafından yapılmıştır Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESO) Planck uydusu, hangi haritalar kozmik mikrodalga arka plan (CMB). Bu, Spk Büyük Patlama’nın kalıntısı dır ve evrenin başlangıcının harika sırlarını meraklı bilim adamlarının meraklı gözlerine gösterir. İki çelişkili değer arasındaki fark yaklaşık yüzde 9’dur. Yeni Hst ölçümler, bilim insanlarının değerlerdeki tutarsızlığın sadece bir tesadüf olma ihtimalini 5.000’de 1’e düşürmesine yardımcı olur.

Bu, Planck uydu sonuçlar, Hubble sabiti değeri şimdi saniyede 67 kilometre olmalıdır megaparsek, olan 3.3 milyon ışık yılı ve saniyede 69 kilometreden daha yüksek olabilir megaparsek. Bu temelde, uzak bir galaksinin bizden uzaktaki her 3,3 milyon ışık yılı için saniyede 67 kilometre daha hızlı hareket ettiğini gösteriyor.

Ancak, Dr. Riess’in ekibi başka bir şey buldu. Buldukları şey, saniyede 73 kilometre lik farklı bir ölçülen değerdi. megaparsek. Tabii ki, bu beklenenden çok daha hızlı bir orandır. Bu, galaksilerin Uzay-Zaman boyunca daha önce eski evrengözlemlerinden daha hızlı dört nala koşturdukları anlamına gelir.

Nitekim, Hst veriler o kadar kesindir ki gökbilimcilery herhangi bir ölçüm veya yöntem sadece hatalar olarak iki farklı sonuçlar arasındaki rahatsız edici, rahatsız edici ve inanılmaz derecede ilginç boşluğu silkmek. Dr. Riess’in 22 Şubat 2018’de açıkladığı gibi Hubblesite Basın Bülteni: “Her iki çalışma da birçok şekilde test edilmiştir, bu yüzden ilgisiz hatalar bir dizi hariç, bu giderek bu bir hata ama Evrenin bir özelliği değildir muhtemeldir.”

Evren Uzay-Zamanda Kendi Ölümü Için Koşuşturuyor

Yıldız gözlemcileri binlerce yıldır Dünya’nın üzerinde yıldızlarla aydınlatılmış gece gökyüzüne bakıyorlar ve evrenin yaşı ve büyüklüğü yle ilgili derin sorular soruyorlar. Evren bir yerde sona erer mi; Bir kenarı var mı-ya da sonsuza kadar devam eder, hayal edilemez bir Sonsuzluk boyunca? Evrenimizin Bir Başlangıcı Var mıydı? Ve eğer evrenimiz, gerçekten de, kesin ve derin bir Başlangıcı olduysa, aynı zamanda derin bir nihai, ölümcül Son’u da yaşayacak mı?

1929’da Edwin Hubble (ünlü uzay teleskobu olarak adlandırıldı), daha önce felsefi olan bu sorulara gerçekten bilimsel cevaplar veren önemli bir keşif yaptı. Edwin Hubble, Pasadena’daki Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde (Caltech) astronom olarak çalışırken evrenin genişlediğini keşfetti. Hubble keşfini yapmadan önce, çoğu bilim adamı evrenin hem durağan hem de değişmez olduğuna ve bu nedenle genişlemediğine inanıyordu.

Antik filozoflar, Kainatın doğası hakkında derin sorular soran ilk filozoflardı. Örneğin, eski Yunanlılar sonsuz bir evrenin neye benzeyebileceğini hayal etmenin bile zor olduğunu anladılar. Bununla birlikte, şaşırtıcı soruyu da kafa yasladılar, eğer evren sonlu olsaydı, ve sen onun kenarından uzaklaşsaydın, nereye varırdın? Eski Yunanlılar iki cevapsız soru bir paradoks yarattı. Evren ya sınırlı ya da sonsuz olmak zorundaydı ve her iki karşıt senaryo da son derece zor iki sorun sundu.

Modern bilimsel astronominin yükselişinden sonra, gökbilimcilerin balı yeni bir paradoksu daha başladı. 1800’lerin başında, Alman astronom Heinrich Olbers evren önerdi sonlu olması gerekiyordu. Bunun nedeni, Olbers’e göre, eğer Evren sonsuz olsaydı ve sonsuz genişliği boyunca yıldızları barındırsaydı, o zaman gökyüzüne belirli bir yönde bakarsanız, görüş çizginiz eninde sonunda bir yıldızın yüzeyine dinlenirdi. Gökyüzünde parıldayan bir yıldızın görünen boyutu, o yıldıza olan uzaklık arttıkça giderek küçülür, ancak bu küçük yıldız yüzeyinin parlaklığı sabit kalır. Bu nedenle, bu akıl yürütme çizgisine göre, eğer evren sonsuz olsaydı, gece gökyüzünün tüm yüzeyi bir yıldızın yüzeyi kadar göz kamaştırıcı ve parlak olmalıdır. Bu, tabii ki, durum böyle değil. Gezegenimizin üzerinde gece gökyüzünde belli ki karanlık alanlar var. Bu nedenle, Olbers gerekçeli, Evrenin sonlu olması gerekiyordu.

Isaac Newton yerçekimi yasasını keşfettiğinde yerçekiminin her zaman çekici olduğunu fark etti. Evrendeki her nesne diğer nesneleri çeker. Eğer evren sonluysa, bunun sonucunu hayal edin. Açıkçası, evrende yaşayan tüm nesnelerin karşılıklı çekim gücü tüm evrenin kendi üzerine çökmesine neden olmalıydı. Tabii ki, bu olmadı, ve bu yüzden astronomlar bu gerçekten zor paradoks ile sıkışmış edildi.

Albert Einstein, onun geliştirdi Genel Görelilik Kuramı, ayrıca bu görünüşte aşılmaz sorun ile sıkışmış olduğuna inanıyordu. Einstein’ın denklemleri evrenin ya çökmesi ya da genişlemesi gerektiğini gösterdi. Ancak, Einstein, döneminin diğer fizikçileri gibi, Evrenin durağan olduğunu düşündü ve onun orijinal çözümü sabit bir terim içeriyordu- kozmolojik sabit. Bu, kozmolojik sabit yerçekiminin en büyük ölçekler üzerindeki etkilerini düzenli bir şekilde iptal etti ve istenilen statik evrenle sonuçlandı. Hubble Evrenin durağan olmadığını, ancak genişlediğini keşfettikten sonra, Einstein kozmolojik sabit onun “en büyük gaf.”

Daha büyük teleskoplar aynı zamanda inşa ediliyordu ve tam olarak Spectra (dalga boyu bir fonksiyonu olarak ışığın yoğunluğu) loş nesnelerin. Gökbilimciler, bu yeni elde edilen verileri kullanarak, yeni teleskoplarla görebildikleri sayısız zayıf, bulutsu nesneyi anlamaya çalıştılar. 1912 ve 1922 yılları arasında, astronom Vesto Slipher Lowell Gözlemevi Arizona’da bulunan l spektrumlarıbu nesnelerin çok sayıda seyahat ight sistematik olarak uzun dalga boylarına kaydırıldı (kırmızıya kaymış). Kısa bir süre sonra, diğer gökbilimciler bu bulutsas sönük nesnelerin bizimkinin ötesindeki uzak galaksiler olduğunu gösterdiler. Sarmal Galaksimiz, Samanyolu, daha önce düşünüldünün yanı sıra bir sürü şirketi olan bir ada değildi. Aslında, Galaksimiz evrenin nispeten küçük bir kesiminde dans eden milyarlarca galaksiden sadece biri. gözlemlenebilir Evren. Ne olursa olsun ötesinde ikamet edebilir gözlemlenebilir Evren görünürlüğümüzün ufkunun ötesinde, çünkü bu hayal edilemeyecek kadar uzak bölgelerden akan ışığın neredeyse 14 milyar yıl önceki Büyük Patlama’dan bu yana bize ulaşacak zamanı olmadı. Bilinen hiçbir sinyal vakumdaki ışıktan daha hızlı hareket edemez ve böylece ışık hızı evrensel bir hız limiti belirler.

Astronomi tarihinde aynı son derece verimli dönemde, einstein’ın üzerinde çalışan diğer matematikçiler ve fizikçiler Genel Relativite, denklemlerin genişleyen bir evreni tanımlayan bazı çözümler içerdiğini buldu. Bu çözümlerde, uzak nesnelerden gelen ışık kırmızıya kaymış uzay zamanını genişleterek pırıl pırıl bir şekilde akarken. Böylece, Redshift ışığı yayan nesneye olan uzaklığı arttıkça artacaktır.

1929 yılında, Edwin Hubble ölçülen kırmızıya kayma birçok uzak gökada. Ayrıca özel bir sınıfın görünür parlaklığını ölçerek göreceli uzaklıklarını ölçmeye devam etti. değişken yıldızlar Denilen Sefeidler her galakside yaşıyor. Hubble çizdiği nde Redshift göreceli mesafeye karşı, o keşfetti Redshift uzak gökadaların uzaklıklarının doğrusal bir fonksiyonu olarak artmıştır. Bu gözlemin tek bir açıklaması olabilir: Evren genişliyor.

Astronomlar evrenin genişlediğini fark ettiklerinde, geçmişte daha küçük olması gerektiğini hemen anladılar. Geçmişte bir noktada, tüm evrenin tek bir nokta olacağını hesapladılar. Bu nokta, daha sonra denir Büyük Patlama, bugün anladığımız gibi evrenin başlangıcıydı.

Bu nedenle, Evren sonlu, hem Uzay ve Zaman. Hem Newton’un hem de Einstein’ın denklemlerinin gösterdiği gibi, Evrenin kendi içinde çökmemesinin nedeni, evrenin doğduğu andan itibaren genişlemiş olmasıdır. Evren sürekli bir değişim durumundadır. Modern fizikte nispeten yeni bir fikir olan genişleyen Evren, antik filozofların zamanından 20.

Gizemli bir evrende yaşıyoruz. Galaksiler, galaksi kümeleri ve galaksilerin süperkümeleri, bilim adamlarının atom dışı maddenin garip saydam bir formundan oluşan halelerle iç içedirler. karanlık madde. Bu tanımlanamayan madde, aşina olduğumuz evreni oluşturan atomik maddeden çok daha boldur– yıldızlar, gezegenler, uydular, ağaçlar ve insanlar, örneğin. Büyük ölçeklerde, tüm evren gözlerimizi çevirdiğimiz her yerde aynı görünüyor– kabarcıklı, köpüklü bir görünüm sergiliyor, çok ağır. karanlık madde kendilerini büken ve birbirinin etrafında rüzgar laman, (uygun olarak) olarak adlandırılan bir web benzeri bir yapı dokuma Kozmik ağ. Görünmez olsa da, filamentler Kozmik Web çok sayıda yıldız yangınının baştan çıkarıcı Parıltısı ile özetlenmiştir. Yıldızlar, yıldızlarla çivilenmiş galaksileri barındıran muazzam çarşafların ve iç içe geçmiş örgülerin izini sürüyor. gözlemlenebilir Evren.

Orijinal Big Bang alev topu boyunca sıcaklık oldu Nerede -yse Ama tam olarak değil Üniforma. Tam tekdüzelikten gelen bu son derece küçük varyasyon, olduğumuz her şeyin ve bildiğimiz her şeyin oluşmasından sorumludur. Döneminden önce Enflasyon meydana geldi, son derece küçük, temel parçacık boyutunda Patch — sonunda Evren olmak için genişledi – tamamen homojen, pürüzsüz, ve her yönde aynı olduğu ortaya çıktı. İlkel dönem Enflasyon nasıl açıklamak için düşünülmektedir nasıl başlangıçta homojen Patch dalgalanmaya başladı. Küçük dalgalanmalar, Uzay-zamanda ilkel dalgalanmalar, ölçülebilen en küçük birimlerde meydana geldi. (kuantum). Enflasyon nasıl bu açıklar Kuantum bebek evrendeki dalgalanmalar sonunda galaksiler, galaksi kümeleri ve süperkümeler gibi büyük ölçekli yapılara dönüştü. Evreni gözlemlediğimizde nereye bakarsak bakalım, aynı şeyi görürler. Bu, son derece eski bir zamanda her şeyin her şeyin diğer her şeyle temas ettiği küçük bir noktaya ezildiği anlamına gelir. Uzay Zamanı’nın doğumunda, her bölge diğer bölgelerle temas halindeydi.

Evreni yükselen bir somun haşhaşlı ekmek olarak hayal edin. Mayalı hamur yükselmeye (şişmeye) başladıkça, haşhaş tohumları giderek daha da uzaklaşır ve birbirinden uzaklaşır. Eğer bu mutfak draması geriye doğru oynansaydı, hamur küçülür ve haşhaş tohumlarının hepsi üst üste gelirdi.

Karanlıkta Kefenlenmiş

Dr. Adam Riess evrenin beklenenden daha hızlı genişlemesi için birkaç potansiyel açıklama öneriyor ve hepsi de gizemli karanlıkta gizlenmiş olan Kozmosun %95’i ile ilgili. Dr. Riess tarafından önerilen olanaklardan biri, karanlık enerji, zaten olduğu bilinmektedir Hızlanan Evrenin genişlemesi, galaksileri birbirinden daha büyük ya da daha büyük bir güçle uzaklaştırıyor olabilir. Bu aslında ivme kendisi gerçekten sabit bir değere sahip olmayabilir anlamına gelir. Bunun yerine, evrenin hızlanan genişlemesi zaman içinde değişebilir. Dr. Riess, 1998’de Uzay Zamanı’nın hızlanan genişlemesinin keşfi nden dolayı Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.

Başka bir öneri de Evrenin, Uzay-zaman boyunca neredeyse ışık hızında çığlık atan yeni bir atomaltı parçacıkbarındırdığını gösteriyor. Bu tür hızla dörtnala parçacıklar topluca denir “karanlık radyasyon”, ve bu gibi daha önce bilinmeyen parçacıklar içerir Nötrino. Nötrino nükleer reaksiyonlar ve radyoaktif bozunmalarda oluşur. Normal bir Nötrino, atomaltı bir kuvvet le etkileşen yeni parçacık sadece yerçekiminden etkilenir. Bu yüzden bir dublaj olduğunu “steril nötrino”.

Henüz başka bir (özellikle ilginç) önerisi görünmez atomsuz karanlık madde parçacıklar normal atomik (sözde “sıradan” madde ile daha önce hipoteze göre daha güçlü etkileşim.

Bu teorilerden herhangi biri ilkel evrenin içeriğini değiştirerek teorik modellerde tutarsızlıklara yol açacaktır. Bu tutarsızlıklar, Hubble Sabiti, bebek Evren gözlemlerinden hesaplanır. Bu nedenle değer, Hst Gözlem.

Şu ana kadar Dr. Riess ve meslektaşlarının bu dırdır sorununa bir cevabı yok. Ancak ekibi, Evrenin genişleme oranını hassas laştırma üzerinde çalışmaya devam etmeyi planlıyor. Şu anda, Dr Riess ekibi, denilen Süpernova H0 için Durum Denklemi (AYAKKABI), belirsizliği yüzde 2,3’e düşürdü. Önce Hst 1990 yılında geri başlatılan, tahminler Hubble Sabiti iki faktörü ile farklı. Bir tanesi HST’ler birincil hedefleri sadece% 10’luk bir hata içinde belirsizlik değerini azaltmak için çabalarını astronomlar yardımcı oldu. 2005 yılından bu yana, grup doğruluğunu rafine etmek için çalışıyor Hubble Sabiti Evrenin gizemli davranışlarını daha iyi anlamanızı sağlayan bir hassasiyete.

Astronomlar ekibi değerini rafine başarılı olmuştur Hubble Sabiti hem güçlendirilmesi hem de bina düzene kozmik mesafe merdiveni. Astronomlar kozmik mesafe merdiveni gezegenimize hem yakın hem de uzak olan galaksilere olan uzaklıkları doğru bir şekilde ölçmek için. Gökbilimciler bu mesafeleri Uzay-zamanın genişlemesiile karşılaştırdılar. Bilim adamları daha sonra her mesafedeki gökadaların dışa doğru hızını kullanarak Hubble Sabit.

Ancak, değeri Hubble Sabiti th doğruluğu kadar kesin dir.e ölçümleri. Gerekli doğruluğu elde etmek için gökbilimciler galaktik mesafeleri doğru bir şekilde ölçmek için kozmik kıstaslar veya kilometre taşı işaretleri olarak kullanmak üzere özel yıldız ve süpernova sınıfları seçmiştir.

Sefeid değişkeni yıldızlar gökbilimcilerin daha kısa mesafeleri ölçerken kullanabilecekleri en güvenilir kıstaslardır. Sefeid değişkenleri içsel parlaklıklarına karşılık gelen oranlarda parlatıcı ve loş olan zonklayan yıldızlardır. Sonuç olarak, uzaklıkları gezegenimizden gözlemlenen görünür parlaklıkları ile içsel parlaklıkları karşılaştırılarak hesaplanabilir.

En son Hst sonuç, yeni incelenen sekiz paralaksın ölçümlerine dayanmaktadır. Sefeidler Kendi Samanyolu Galaksimizde. Bu değişken yıldızlar, daha önce çalışılan tüm yıldızlardan yaklaşık 10 kat daha uzak Sefeidler, Dünya’dan 6.000 ışık yılı ile 12.000 ışık yılı arasında yer alan bu da onları ölçmek için daha zor hale getirir. Bu Sefeidler daha uzun aralıklarla pulsate, tıpkı Sefeidler tarafından gözlemlenen Hst başka bir güvenilir kozmik kıstas barındıran uzak galaksilerde yaşayan – parlak patlayan yıldız denir Tip Ia süpernova. Bu özel süpernova türü tek tip parlaklıkla tutuşar ve nispeten daha uzaklardan gözlemlenecek kadar göz kamaştırıcıdır. Önceki Hst gözlemler 10 daha hızlı yanıp sönen okudu Sefeidler Dünya’dan 300 ışık yılı ila 1.600 ışık yılı uzaklıktadır.

Paralaks ile ölçmek için Hst, astronomlar görünür küçük titreme belirlemek zorunda kaldı Sefeidler Dünya’nın Güneş’in etrafındaki yörüngesi yüzünden. Bu küçük titremeler, uzay teleskobunun kamerasındaki tek bir pikselin 1/100 boyutunda.

Bu nedenle ölçümlerin doğruluğunu sağlamak için, bilim adamları o zaman bilinmeyen ustaca bir yöntem geliştirdi Hst başlatıldı. Gökbilimciler bir tarama yöntemi geliştirdiler ve Hst dört yıl boyunca her altı ayda bir dakikada bir yıldızın konumunu bin kez ölçtü.

Takım daha sonra sekiz yavaş zonklayan gerçek parlaklık kalibre Sefeidler ve mesafe merdivenlerindeki yanlışlıkları sıkmak için onları daha uzak göz kırpma kardeşleri ile ilişkilendirdi. Sonra astronomlar parlaklık karşılaştırıldı Sefeidler ve gelişmiş bir güvenle bu galaksilerde süpernova. Bu şekilde, yıldızın gerçek parlaklığını daha hassas bir şekilde ölçebildiler ve böylece uzak galaksilerde yüzlerce süpernovaya olan uzaklıkları daha hassas bir şekilde hesaplayabilirler.

Yeni teknik içerir Hst yavaş yavaş hedeflenen bir yıldız üzerinde kayar, böylece ışık bir çizgi olarak görüntü elde. Bu tekniğin avantajı paralaks kaynaklanan son derece küçük yer değiştirmeleri ölçmek için tekrarlanan fırsatlar sağlar. Gökbilimciler iki yıldız arasındaki ayrımı ölçerler, sadece kameranın tek bir yerinde değil, binlerce kez tekrar tekrar, böylece ölçüm hatalarını azaltırlar.

Takımın amacı, elde edilen verileri kullanarak belirsizliği daha da azaltmaktır. Hst ve Avrupa Uzay Ajansı(ESA’s) Gaia Uzay Gözlemevi. Bu, değişken yıldızların konumlarını ve uzaklıklarını eşi görülmemiş bir hassasiyetle ölçecektir.

Dr. Casertano’nun 22 Şubat 2018’de yorumyaptığı gibi Hubblesite Basın Bülteni: “Bu hassasiyet, bu tutarsızlığın nedenini teşhis etmek için gereken şeydir.”

Yeni araştırma yayınlanacak Astrofizik Dergisi.

Etiketler
Daha Fazla Göster

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı
Kapalı