Eens ontdekten we dat het universum zich uitbreidde. Daarna was de volgende wetenschappelijke stap het bepalen van de snelheid of snelheid van deze uitbreiding. Meer dan 80 jaar zijn verstreken, maar we zijn het nog steeds niet eens over deze kwestie. Als we naar de grootste kosmische schalen kijken en de oudste signalen bestuderen - de nagloed van de oerknal en grootschalige correlaties van sterrenstelsels - kregen we één getal: 67 km / s / Mpc.
Maar als we naar individuele sterren, sterrenstelsels, supernovae en andere directe wijzers kijken, krijgen we een ander getal: 74 km / s / Mpc. De onzekerheden zijn erg klein: ± 1 op het eerste getal en ± 2 op het tweede getal, en er blijft een statistische kans van minder dan 0,1% dat deze getallen met elkaar worden verzoend. Deze tegenstrijdigheid had al lang geleden moeten zijn opgelost, maar blijft bestaan sinds de uitbreiding van het universum voor het eerst werd ontdekt.
In 1923 gebruikte Edwin Hubble 's werelds grootste telescoop om naar nieuwe sterren in andere sterrenstelsels te zoeken. Waarschijnlijk zou het niet de moeite waard zijn om "melkwegstelsels" te zeggen, omdat de mensheid toen niet zeker was van hemelse spiralen. Bij het bestuderen van de grootste - M 31, nu bekend als de Andromedanevel - zag hij de eerste, en daarna de tweede en de derde nieuwe. Maar de vierde verscheen op dezelfde plaats als de eerste, en dit was onmogelijk, aangezien het eeuwen of langer duurt voordat de nieuwe zijn opgeladen. Zijn nieuwe verscheen in minder dan een week. Opgewonden schrapte Hubble de eerste "N" die hij schreef, en overschreef hij "VAR!" Hij realiseerde zich dat het een variabele ster was, en sindsdien was er fysica van variabele sterren. Hubble kon de afstand tot Andromeda berekenen. Hij liet zien dat het zich precies buiten de Melkweg bevond en duidelijk een sterrenstelsel is. Het was de mooiste waarneming van een enkele ster in de geschiedenis van de astronomie.
Edwin Hubble's originele LP die de veranderlijke aard van een ster in Andromeda onthult
Hubble zette zijn werk voort door variabele sterren in veel spiraalstelsels te observeren. Samen met hun verschoven spectraallijnen begon hij op te merken dat hoe verder het sterrenstelsel is, hoe sneller het van ons af beweegt. Hij ontdekte niet alleen deze wet - bekend als de wet van Hubble - hij was de eerste die de snelheid van expansie meet: de Hubble-parameter. Het aantal dat hij ontving was echter groot. Erg groot. Zo groot dat als het waar was, zou volgen dat de oerknal pas twee miljard jaar geleden plaatsvond. Het is duidelijk dat niemand dit zou geloven, aangezien we geologisch bewijs hebben dat de aarde alleen al meer dan vier miljard jaar oud is.
Samengestelde afbeelding van het westelijk halfrond van de aarde meer dan 4 miljard jaar oud
Promotie video:
In 1943 observeerde astronoom Walter Baade nauwkeurig variabele sterren buiten de Melkweg en merkte iets ongelooflijk belangrijks op: niet alle variabele cepheïden - het type dat Hubble gebruikte om de uitdijing van het universum te bepalen - gedragen zich hetzelfde. In plaats daarvan waren er twee verschillende klassen. En plotseling bleek dat de Hubble-constante helemaal niet zo groot was als Hubble had besloten.
Metingen van veranderlijke sterren door Walter Baade in Andromeda waren het belangrijkste bewijs van het bestaan van twee afzonderlijke populaties cepheïden en maakten het mogelijk de Hubble-parameter terug te brengen tot een meer betekenisvolle waarde
In plaats daarvan breidde het universum zich langzamer uit, wat betekent dat het langer duurde voordat het zijn huidige staat bereikte. Voor het eerst overtrof het heelal de aarde in leeftijd, en dat was een goed teken. In de loop van de tijd namen verdere verfijningen toe en nam de Hubble-exponent geleidelijk af, terwijl de ouderdom van het universum bleef toenemen. Uiteindelijk zonk de leeftijd van zelfs de oudste sterren met de leeftijd van het universum.
Hoe de schattingen van de Hubble-parameter in de loop van de tijd zijn veranderd
Het verhaal houdt daar niet op. Weet je waarom de Hubble-ruimtetelescoop zo werd genoemd? Niet omdat het is vernoemd naar Edwin Hubble, die ontdekte dat het universum zich uitbreidde. Integendeel, omdat het zijn belangrijkste missie was om de Hubble-parameter te meten, of de snelheid waarmee het universum uitdijt. Voorafgaand aan de lancering van de telescoop in 1990 waren er twee kampen die volstrekt verschillende universums bepleitten: een onder leiding van Allan Sendage en een universum met een expansiesnelheid van 50 km / s / Mpc en een leeftijd van 16 miljard jaar; de andere staat onder leiding van Gerard de Vaucouleur en een universum met een expansiesnelheid van 100 km / s / Mpc en een leeftijd van minder dan 10 miljard jaar. Deze twee kampen waren ervan overtuigd dat de kampen van de tegenpartij systematische fouten maakten in hun metingen en dat er geen middenweg was. Het belangrijkste wetenschappelijke doel van de Hubble-ruimtetelescoop was om de uitbreidingssnelheid voor eens en voor altijd te meten.
En hij heeft het bereikt. 72 ± 8 km / s / Mpc was het eindresultaat van het project. Tegenwoordig zijn er nog minder fouten of onnauwkeurigheden, net als de spanning tussen de twee verschillende methoden. Als je naar het heelal op de grootste schaal kijkt, de fluctuaties van de kosmische microgolfachtergrond en baryon akoestische oscillaties in de clustering van sterrenstelsels, krijg je een kleiner getal: 67 km / s / Mpc. Dit is niet het meest gunstige resultaat, maar hogere waarden zijn heel goed mogelijk.
Als je kijkt naar directe metingen van individuele sterren in ons melkwegstelsel, en vervolgens naar dezelfde klassen van sterren in andere melkwegstelsels, en dan naar supernovae daarbuiten, krijg je een hogere waarde: 74 km / s / Mpc. Maar een systematische fout bij het meten van nabije sterren, zelfs een fout van enkele procenten, zou dit aantal aanzienlijk kunnen verminderen, zelfs tot de laagste voorgestelde waarde. Terwijl de ESA Gaia-missie doorgaat met het meten van parallax met een ongekende nauwkeurigheid van een miljard sterren in onze melkweg, kan deze spanning vanzelf verdwijnen.
Tegenwoordig kennen we de uitbreidingssnelheid van de Hubble vrij nauwkeurig, en twee verschillende methoden om het te extraheren lijken tegenstrijdige waarden te geven. Er zijn momenteel veel verschillende dimensies aan de gang, waarbij elk kamp zijn zaak probeert te bewijzen en de fouten van de ander probeert te vinden. En als de geschiedenis ons iets heeft geleerd, kunnen we zeggen dat we ten eerste iets nieuws en interessants zullen leren over de aard van ons universum wanneer dit probleem is opgelost, en ten tweede zal dit geschil over de uitbreidingssnelheid duidelijk niet laatste.
ILYA KHEL
