Valami bajunk van az univerzumban.
Lehet, hogy valami kicsi: egy olyan mérési kérdés, amely bizonyos csillagokat közelebbről vagy távolabb néz ki, mint amilyenek vannak. Az asztrofizikusok néhány csúszással javíthatnák, hogy miként mérik az űrtávolságot. Lehet, hogy valami nagy: hiba - vagy hibasorozatok - a kozmológiában, vagy az univerzum eredetének és fejlődésének megértése. Ha ez a helyzet, akkor hely- és időtörténetünk összezavarodhat. De bármi legyen is a kérdés, a világegyetem kulcsfontosságú megfigyelései nem értenek egyet egymással: Egyirányban mérve úgy tűnik, hogy a világegyetem egy bizonyos sebességgel bővül; Más módon mérve úgy tűnik, hogy az univerzum más ütemben bővül. És amint az egy új papírból kiderül, ezek az eltérések az utóbbi években egyre növekedtek, még akkor is, ha a mérések pontosabbak lettek.
"Úgy gondoljuk, hogy ha a kozmológia megértése helyes, akkor ezeknek a különféle méréseknek ugyanazt a választ kell adnunk nekünk" - mondta Katie Mack, az észak-karolinai állami egyetem (NCSU) elméleti kozmológusa és az új cikk társszerzője. .
A két leghíresebb mérés nagyon különbözik egymástól. Az első a kozmikus mikrohullámú háttérre (CMB) támaszkodik: a mikrohullámú sugárzásból származó maradék a nagy robbanás utáni első pillanatokból. A kozmológusok a világegyetem teljes története elméleti modelleket építették fel egy CMB alapra - olyan modellekben, amelyekben nagyon bíznak, és amelyek teljesen új fizikát igényelnek a töréshez. És együtt véve, mondta Mack, hogy ésszerűen pontos számot adnak a Hubble-konstansnak, vagyis a H0-nak, amely meghatározza, hogy az univerzum mennyire gyorsan bővül.
A második mérés szupernóvákat és villogó csillagokat használ a közeli galaxisokban, azaz Cepheids néven ismert. Annak felmérésével, hogy a galaxisok milyen távol esnek egymástól, és milyen gyorsan távolodnak tőlünk, a csillagászok megszerezték azt, amely szerintük a Hubble-állandó nagyon pontos mérése. És ez a módszer más H0-t kínál.
"Ha eltérő válaszokat kapunk, az azt jelenti, hogy van valami, amit nem tudunk" - mondta Mack a Live Sciencenek. "Tehát ez tényleg nemcsak a világegyetem jelenlegi terjeszkedési sebességének megértéséről szól - ami minket érdekel -, hanem arról is, hogy megértsük, hogyan fejlődött az univerzum, hogyan fejlődött a kiterjedés, és mit terelt az idő-idő. idő."
Weikang Lin, aki szintén az NCSU kozmológusa és a cikk vezető szerzője, azt mondta, hogy a probléma teljes képének elkészítése érdekében a csapat úgy döntött, hogy a H0 „korlátozásának” mindenféle módját összegyűjti egy helyen. A lapot még hivatalosan nem vizsgálták meg és nem tették közzé, és elérhető az arXiv preprint nyomtatókiszolgálón.
A "korlátozó" jelentése: A fizikai mérések ritkán adnak pontos válaszokat. Ehelyett korlátokat szabtak a lehetséges válaszok körére. És ha ezeket a korlátokat együtt vizsgáljuk, sokat tanulhatunk valami olyanról, amit tanul. Például egy távcsövön áttekintve megtudhatja, hogy az űrben a fénypontja vörös, sárga vagy narancssárga. Egy másik ember azt mondhatja, hogy világosabb, mint a legtöbb más világűr, de kevésbé világos, mint a nap. Egy másik talán azt mondja neked, hogy olyan gyorsan halad az égen, mint egy bolygó. Ezen korlátozások egyike sem mondana neked önmagában, de együttesen azt sugallják, hogy a Marsra nézel.
Lin, Mack és harmadik társszerzőjük, az NCSU végzős hallgató, Liqiang Hou két állandóságra nézett: H0, és valami, amit az univerzum tömegfrakciójának neveznek, asm-nek, amely megmutatja, hogy az univerzum mekkora része van. az energia, és mennyi az anyag. Lin szerint a H0 sok mérése szintén korlátozza som-t, tehát hasznos együtt nézni.
Ez a színes telek készítette:
A nyújtott, bíborvörös, ovális WMAP feliratú sorozat a lehetséges tömegfrakciók és Hubble-állandók sorozatát képezte, amely korábban a CMB korábbi NASA-tanulmányának, a Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda néven ismert vizsgálatának alapján volt lehetséges. A CV SN feliratú sárga oszlop (rövidítés: "Cepheid-Calibrated-Ia Supernovae") a Cepheid-supernova mérésekre utal, amelyek nem korlátozzák az univerzum tömegrészét, de korlátozzák a H0-t. Az SN P feliratú piros sáv (az "Ia Type Supernovae Pantheon" rövidítése) az univerzum tömegfrakciójának fő korlátozása.
Láthatja, hogy a WMAP és a CV SN szélei átfedésben vannak, többnyire a piros sávon kívül. Ez volt a kép a néhány évvel ezelőtti eltérésről: Mack azt mondta: elég jelentős ahhoz, hogy aggódjon, hogy a két mérés eltérő válaszokat adott fel, de nem olyan jelentős, hogy összeegyeztethetetlenné váljon egy kis csípéssel.
Az utóbbi években azonban a CMB új mérést hajtott végre a Planck Collaboration nevű csoportból. A 2018-ban legfrissebb adatkészletét kiadó Planck Collaboration nagyon szigorú korlátokat szabott az univerzum tömegrészére és tágulási sebességére, amelyet a Planck feliratú táblán a fekete lamellával jelöltek.
A szerzők írták, két vadul különböző képet mutatnak az univerzumról. A Planck és a WMAP - a H0 és Ωm korlátozásának számos más megközelítésével együtt - többé-kevésbé kompatibilisek. Van egy hely a parcellán, a fehér kötőjelek körében, ahol mindegyik hasonló választ adhat arra, hogy az univerzum milyen gyorsan bővül, és mekkora az anyagból. Láthatjuk, hogy a cselekmény szinte minden alakja áthalad ezen a körön.
A legközvetlenebb mérés, amely ténylegesen azt vizsgálja, hogy mennyi távolságra vannak a dolgok a helyi világegyetemben, és milyen gyorsan mozognak, nem ért egyet. A Cepheid mérés jó irányban van ott, és még a hibaszáma sem (a halvány sárga bit, amely a valószínűségi tartományt jelöli) nem halad át a szaggatott körön. És ez egy probléma.
"Nagyon sok tevékenység folyt ezen a téren az elmúlt néhány hónapban" - mondta Risa Wechsler, a Stanfordi Egyetem kozmológusa, aki nem vett részt ebben a cikkben. "Tehát nagyon jó, ha mindent összefoglalunk. A H0 és Ωm értékekre való ábrázolása, amelyek alapvető paraméterek, valóban tisztázódik."
Mégis, Wechsler mondta a Live Science-nek, fontos, hogy ne ugorjunk következtetésekre.
"Az emberek izgatottak ettől, mert ez azt jelentheti, hogy új fizika létezik, és ez nagyon izgalmas lenne" - mondta.
Lehetséges, hogy a CMB modell valamilyen módon téves, és ez valamiféle szisztematikus hibához vezet abban, hogy a fizikusok megértik az univerzumot.
"Mindenki szeretné ezt. A fizikusok szeretik megtörni a modellüket" - mondta Wechsler. "De ez a modell eddig elég jól működik, tehát előzetes döntésem szerint az kell, hogy legyen elég erős bizonyíték, hogy meggyőzzem."
A tanulmány azt mutatja, hogy nehéz lenne összevetni a helyi univerzumban lévő Cepheid-mérést a többiekkel, ha csak egy új fizikai darabot vezetnének be - mondta Mack.
Lehetséges, mondta Mack, hogy a szupernóva-Cepheid számítása egyszerűen hibás. Lehet, hogy a fizikusok helytelen módon mérik a távolságot a helyi világegyetemben, és ez téves számításhoz vezet. Nehéz elképzelni, mi lenne ez a téves számítás, mondta. Sok asztrofizikus megmérte a helyi távolságot a semmiből, és hasonló eredményeket hoztak. A szerzők által felvetett egyik lehetőség az, hogy az univerzum furcsa darabjában élünk, ahol kevesebb galaxis van és kevesebb a gravitáció, tehát szomszédságunk gyorsabban bővül, mint az egész világegyetem.
A probléma megoldása, mondja, a sarkon lehet. De valószínűbb, hogy évekkel vagy évtizedekkel távol van.
"Vagy valami új az univerzumban, vagy valami, amit nem értünk a méréseink során" - mondta.
Wechsler azt mondta, hogy fogadni fog az utóbbira - hogy valószínűleg van valami nem igazán helyes a hibákat tartalmazó oszlopokban, amelyek körül vannak az egyes mérések, és hogy miután ezek megoldódtak, a kép szépen illeszkedik egymáshoz.
Az elvégzett mérések tisztázhatják az ellentmondást - akár elmagyarázhatják, akár tovább fokozhatják, új fizikaterületre utalva van szükség. A nagy szinoptikus felmérésű távcsőnek, amely 2020-ra várhatóan online lesz, több száz millió szupernóvát kell találnia, amelynek nagymértékben javítania kell azokat az adatkészleteket, amelyeket az asztrofizikusok használnak a galaxisok közötti távolság mérésére. Végül, Mack szerint, a gravitációs hullámvizsgálatok elég jók is lesznek, hogy korlátozzák az univerzum terjeszkedését is, ami a kozmológia egy újabb pontosságú szintje. Útközben - mondta - a fizikusok akár olyan érzékeny eszközöket is kifejlesztenek, amelyek lehetővé teszik, hogy a tárgyak valós időben egymástól távozzanak.
De a kozmológusok egyelőre még mindig várakoznak és azon töprengenek, miért nem lenne értelme az univerzum méréseinek.
