Przejdź do głównej zawartości

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.



Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.

Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez belgijskiego kanonika i fizyka Georgesa Lemaître’a (1894 – 1966), i po raz pierwszy zademonstrowana przez Edwina Hubble’a (1889 – 1953). Ten amerykański astronom w 1929 roku odkrył, że każda galaktyka oddala się od nas i że najodleglejsze z nich poruszają się najszybciej. Sugeruje to, że w przeszłości był czas, kiedy wszystkie galaktyki znajdowały się w tym samym miejscu, czas, który może odpowiadać tylko Wielkiemu Wybuchowi. W wyniku tych badań powstało prawo Hubble’a-Lemaître’a, włącznie ze stałą Hubble’a (H0), która oznacza tempo ekspansji Wszechświata. Najlepsze szacunki H0 wynoszą obecnie ok. 70 km/s/Mpc (co oznacza, że Wszechświat rozszerza się o 70 km/s szybciej co 3,26 mln lat świetlnych). Problem polega na tym, że istnieją dwie sprzeczne metody obliczeń.

Pierwsza oparta jest o kosmiczne mikrofalowe tło, które dociera do nas zewsząd a wyemitowane zostało w momencie, gdy Wszechświat stał się wystarczająco zimny, aby światło mogło wreszcie swobodnie krążyć (ok. 370 000 lat po Wielkim Wybuchu). Korzystając z dokładnych danych dostarczonych przez misję kosmiczną Planck oraz biorąc pod uwagę fakt, że Wszechświat jest jednorodny i izotropowy, dla H0 wartość 67,4 uzyskiwana jest przy użyciu ogólnej teorii względności. Druga metoda obliczeń oparta jest na supernowych, które sporadycznie pojawiają się w odległych galaktykach. Te bardzo jasne zdarzenia zapewniają bardzo precyzyjne pomiary odległości, co umożliwiło określenie wartości H0 na 74.

Lucas Lombriser, profesor na Wydziale Fizyki Teoretycznej na Wydziale Nauk UNIGE, wyjaśnia: „Te dwie wartości stawały się coraz bardziej precyzyjne z biegiem lat, pozostając jednak odmiennymi. Nie wymagało zbyt wiele czasu, aby wywołać naukowe kontrowersje, a nawet wzbudzić ekscytującą nadzieję, że być może mamy do czynienia z ‘nową fizyką’.” Aby ograniczyć tę lukę, prof. Lombriser rozważył ideę, że Wszechświat nie jest tak jednorodny, jak twierdzono, hipoteza, która może się wydawać oczywista na stosunkowo małych skalach. Nie ma wątpliwości, że materia w galaktyce rozkłada się inaczej, niż poza nią. Trudniej jest jednak wyobrazić sobie wahania średniej gęstości materii obliczonej na objętościach tysiące razy większych niż galaktyka.

„Gdybyśmy znajdowali się w czymś w rodzaju olbrzymiej ‘bańki’, gdzie gęstość materii byłaby znacznie niższa niż znana gęstość dla całego Wszechświata, miałoby to wpływ na odległości supernowych i ostateczne określenie wartości H0” – dodaje prof. Lombriser.

Wystarczyłoby, aby ta „bańka Hubble’a” była wystarczająco duża, aby obejmować galaktykę, która służy jako punkt odniesienia do pomiaru odległości we Wszechświecie. Ustalając średnicę na 250 mln lat świetlnych dla takiej bańki, fizyk obliczył, że jeżeli gęstość materii w jej wnętrzu byłaby o 50% mniejsza niż dla reszty Wszechświata, to uzyskano by nową wartość dla stałej Hubble’a, która wówczas byłaby zgodna z tą uzyskaną za pomocą pomiarów kosmicznego mikrofalowego tła.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…