Chestiuni foarte întunecate: cum să explicăm expansiunea accelerată a Universului. Universul se extinde mai repede decât se credea Rata de expansiune a universului acum

Universul nu este static. Acest lucru a fost confirmat de cercetările astronomului Edwin Hubble încă din 1929, adică acum aproape 90 de ani. Această idee i-a fost sugerată de observațiile mișcării galaxiilor. O altă descoperire a astrofizicienilor la sfârșitul secolului al XX-lea a fost calculul expansiunii accelerate a Universului.

Cum se numește expansiunea Universului?

Unii oameni sunt surprinși să audă că oamenii de știință se referă la expansiunea Universului. Majoritatea oamenilor asociază acest nume cu economia și cu așteptări negative.

Inflația este procesul de expansiune a Universului imediat după apariția sa și cu o accelerare bruscă. Tradus din engleză, „inflație” înseamnă „pompează”, „umfla”.

Noi îndoieli cu privire la existența energiei întunecate ca factor în teoria inflației a Universului sunt folosite de oponenții teoriei expansiunii.

Apoi oamenii de știință au propus o hartă a găurilor negre. Datele inițiale diferă de cele obținute într-o etapă ulterioară:

1. Șaizeci de mii de găuri negre cu o distanță între cele mai îndepărtate de peste unsprezece milioane de ani lumină - date de acum patru ani.
2. O sută optzeci de mii de galaxii cu găuri negre la o distanță de treisprezece milioane de ani lumină. Date obținute de oameni de știință, inclusiv de fizicieni nucleari ruși, la începutul anului 2017.

Această informație, spun astrofizicienii, nu contrazice modelul clasic al Universului.

Rata de expansiune a Universului este o provocare pentru cosmologi

Rata de expansiune este într-adevăr o provocare pentru cosmologi și astronomi. Adevărat, cosmologii nu mai susțin că rata de expansiune a Universului nu are un parametru constant, discrepanțele s-au mutat în alt plan - când expansiunea a început să se accelereze. Datele despre rătăcirea în spectrul galaxiilor supernove foarte îndepărtate de primul tip demonstrează că expansiunea nu este un proces brusc.

Oamenii de știință cred că Universul s-a contractat în primele cinci miliarde de ani.

Primele consecințe ale Big Bang-ului au provocat mai întâi o expansiune puternică, iar apoi a început compresia. Dar energia întunecată a influențat în continuare creșterea universului. Și cu accelerație.

Oamenii de știință americani au început să creeze o hartă a dimensiunii Universului pentru diferite epoci pentru a afla când a început accelerația. Observând exploziile supernovei, precum și direcția de concentrare în galaxiile antice, cosmologii au observat caracteristici ale accelerației.

De ce Universul „accelerează”

Inițial, s-a înțeles că valorile accelerației din hartă nu erau liniare, ci s-au transformat într-o undă sinusoidală. A fost numit „valul Universului”.

Valul Universului sugerează că accelerația nu a avut loc cu o viteză constantă: fie a încetinit, fie a accelerat. Și de mai multe ori. Oamenii de știință cred că au existat șapte astfel de procese în cele 13,81 miliarde de ani de după Big Bang.

Cu toate acestea, cosmologii nu pot răspunde încă la întrebarea de ce depinde accelerația-decelerația. Ipotezele se rezumă la ideea că câmpul energetic din care provine energia întunecată este subordonat undei Universului. Și, trecând dintr-o poziție în alta, Universul fie își extinde accelerația, fie o încetinește.

În ciuda caracterului convingător al argumentelor, ele rămân totuși o teorie. Astrofizicienii speră că informațiile de la telescopul orbital Planck vor confirma existența undelor în Univers.

Când a fost descoperită energia întunecată?

Oamenii au început să vorbească despre asta în anii nouăzeci din cauza exploziilor supernovei. Natura energiei întunecate este necunoscută. Deși Albert Einstein a identificat constanta cosmică în teoria sa a relativității.

În 1916, acum o sută de ani, Universul era încă considerat imuabil. Dar a intervenit forța gravitației: masele cosmice s-ar lovi inevitabil între ele dacă Universul ar fi nemișcat. Einstein declară gravitația datorită forței de respingere cosmice.

Georges Lemaitre va justifica acest lucru prin fizică. Vidul conține energie. Datorită vibrațiilor sale, care duc la apariția particulelor și la distrugerea lor ulterioară, energia capătă o forță de respingere.

Când Hubble a dovedit expansiunea Universului, Einstein a numit-o o prostie.

Impactul energiei întunecate

Universul se desparte cu o viteză constantă. În 1998, lumii au fost prezentate date dintr-o analiză a exploziilor de supernove de tip 1. S-a dovedit că Universul crește din ce în ce mai repede.

Acest lucru se întâmplă din cauza unei substanțe necunoscute, este poreclit „energie întunecată”. Se dovedește că ocupă aproape 70% din spațiul Universului. Esența, proprietățile și natura energiei întunecate nu au fost studiate, dar oamenii de știință încearcă să afle dacă a existat în alte galaxii.

În 2016, au calculat rata exactă de expansiune pentru viitorul apropiat, dar a apărut o discrepanță: Universul se extinde într-un ritm mai rapid decât au presupus astrofizicienii anterior. Au izbucnit dispute în rândul oamenilor de știință cu privire la existența energiei întunecate și la influența acesteia asupra ratei de expansiune a limitelor universului.

Expansiunea Universului are loc fără energie întunecată

Oamenii de știință au prezentat teoria că expansiunea Universului este independentă de energia întunecată la începutul anului 2017. Ele explică expansiunea prin schimbări în structura Universului.

Oamenii de știință de la Universitățile din Budapesta și de la Universitatea din Hawaii au ajuns la concluzia că discrepanța dintre calcule și rata reală de expansiune este asociată cu modificări ale proprietăților spațiului. Nimeni nu a ținut cont de ceea ce se întâmplă cu modelul Universului în timpul expansiunii.

După ce se îndoiesc de existența energiei întunecate, oamenii de știință explică: cele mai mari concentrații de materie din Univers îi afectează expansiunea. În acest caz, conținutul rămas este distribuit uniform. Cu toate acestea, faptul rămâne neexplicat.

Pentru a demonstra validitatea ipotezelor lor, oamenii de știință au propus un model mini-Univers. L-au prezentat sub forma unui set de bule și au început să calculeze parametrii de creștere ai fiecărei bule cu propria viteză, în funcție de masa acesteia.

O astfel de modelare a Universului a arătat oamenilor de știință că se poate schimba fără a lua în considerare energia. Dar dacă „amesteci” energia întunecată, modelul nu se va schimba, spun oamenii de știință.

În general, dezbaterea este încă în desfășurare. Susținătorii energiei întunecate spun că aceasta afectează extinderea granițelor Universului, oponenții susțin că este concentrarea materiei care contează.

Rata de expansiune a Universului acum

Oamenii de știință sunt convinși că Universul a început să crească după Big Bang. Apoi, acum aproape paisprezece miliarde de ani, s-a dovedit că rata de expansiune a Universului era mai mare decât viteza luminii. Și continuă să crească.

În cartea „Cea mai scurtă istorie a timpului” de Stephen Hawking și Leonard Mlodinow, se observă că rata de expansiune a limitelor Universului nu poate depăși 10% pe miliard de ani.

Pentru a determina rata de expansiune a Universului, în vara anului 2016, laureatul Premiului Nobel Adam Riess a calculat distanța până la Cefeidele pulsatoare în galaxiile apropiate unele de altele. Aceste date au făcut posibilă calcularea vitezei. S-a dovedit că galaxiile aflate la o distanță de cel puțin trei milioane de ani lumină se pot îndepărta cu o viteză de aproape 73 km/s.

Rezultatul a fost surprinzător: telescoapele orbitale, același „Planck”, vorbeau aproximativ 69 km/s. De ce a fost înregistrată o astfel de diferență, oamenii de știință nu pot răspunde: nu știu nimic despre originea materiei întunecate, pe care se bazează teoria expansiunii Universului.

Radiații întunecate

Un alt factor în „accelerarea” Universului a fost descoperit de astronomii folosind Hubble. Se crede că radiațiile întunecate au apărut chiar la începutul formării Universului. Apoi era mai multă energie în ea, nu contează.

Radiația întunecată „a ajutat” energia întunecată să extindă granițele Universului. Discrepanțele în determinarea vitezei de accelerație s-au datorat naturii necunoscute a acestei radiații, cred oamenii de știință.

Lucrările viitoare ale lui Hubble ar trebui să facă observațiile mai precise.

Energia misterioasă ar putea distruge universul

Oamenii de știință au luat în considerare acest scenariu de câteva decenii, datele de la observatorul spațial Planck arată că acest lucru este departe de a fi doar speculații. Au fost publicate în 2013.

„Planck” a măsurat „ecoul” Big Bang-ului, care a apărut la vârsta Universului de aproximativ 380 de mii de ani, temperatura a fost de 2.700 de grade. Mai mult, temperatura s-a schimbat. „Planck” a determinat și „compoziția” Universului:

• aproape 5% - stele, praf cosmic, gaz cosmic, galaxii;
• aproape 27% este masa materiei întunecate;
• aproximativ 70% este energie întunecată.

Fizicianul Robert Caldwell a sugerat că energia întunecată are puterea de a crește. Și această energie va separa spațiu-timp. Galaxia se va îndepărta în următoarele douăzeci până la cincizeci de miliarde de ani, crede omul de știință. Acest proces va avea loc odată cu extinderea crescândă a granițelor Universului. Acest lucru va rupe Calea Lactee de stea și, de asemenea, se va dezintegra.

Spațiul a fost măsurat ca fiind vechi de aproximativ șaizeci de milioane de ani. Soarele va deveni o stea pitică pe moarte, iar planetele se vor separa de ea. Atunci Pământul va exploda. În următoarele treizeci de minute, spațiul va rupe atomii. Rezultatul final va fi distrugerea structurii spațiu-timp.

Unde zboară Calea Lactee?

Astronomii din Ierusalim sunt convinși că Calea Lactee și-a atins viteza maximă, care este mai mare decât rata de expansiune a Universului. Oamenii de știință explică acest lucru prin dorința Căii Lactee pentru „Marele Atractor”, care este considerat cel mai mare. Așa părăsește deșertul cosmic.

Oamenii de știință folosesc diferite metode pentru măsurarea ratei de expansiune a Universului, așa că nu există un singur rezultat pentru acest parametru.

MOSCOVA, 26 ianuarie - RIA Novosti. Un grup independent de oameni de știință a confirmat că Universul se extinde într-adevăr și mai repede acum decât au arătat calculele bazate pe observațiile „ecoului” Big Bang-ului, conform unei serii de cinci lucrări acceptate pentru publicare în revista Monthly Notices of the Royal. Societatea Astronomică.

„Discrepanțe în rata actuală de expansiune a Universului și ceea ce arată observațiile Big Bang nu numai că au fost confirmate, ci și consolidate de noi date despre modul în care galaxiile îndepărtate pot fi generate de „noua fizică” dincolo de Modelul standard al cosmologiei, în special, o altă formă de energie întunecată”, a spus Frederic Coubrin de la École Polytechnique Federale din Lausanne (Elveția).

Nașterile întunecate ale Universului

În 1929, celebrul astronom Edwin Hubble a demonstrat că Universul nostru nu stă pe loc, ci se extinde treptat, observând mișcarea galaxiilor departe de noi. La sfârșitul secolului al XX-lea, astrofizicienii au descoperit, observând supernove de primul tip, că se extinde nu cu o viteză constantă, ci cu accelerație. Motivul pentru aceasta, așa cum cred oamenii de știință de astăzi, este energia întunecată - o substanță misterioasă care acționează asupra materiei ca un fel de „antigravitație”.

În iunie anul trecut, laureatul Nobel Adam Reiss și colegii săi, care au descoperit fenomenul, au calculat rata exactă de expansiune a Universului de astăzi folosind stele variabile Cefeide din galaxiile din apropiere, distanța până la care poate fi calculată cu o precizie ultra-înaltă.

Această clarificare a dat un rezultat extrem de neașteptat - s-a dovedit că două galaxii, separate de o distanță de aproximativ 3 milioane de ani lumină, zboară cu o viteză de aproximativ 73 de kilometri pe secundă. Această cifră este semnificativ mai mare decât arată datele obținute folosind telescoapele orbitale WMAP și Planck - 69 de kilometri pe secundă și nu poate fi explicată folosind ideile noastre existente despre natura energiei întunecate și mecanismul nașterii Universului.

Riess și colegii săi au sugerat că a existat și o a treia substanță „întunecată” – „radiația întunecată” (radiația întunecată), care a determinat-o să accelereze mai repede decât previziunile teoretice din primele zile ale Universului. O astfel de afirmație nu a trecut neobservată, iar colaborarea H0LiCOW, care include zeci de astronomi de pe toate continentele planetei, a început să testeze această ipoteză observând quasari - nucleele active ale galaxiilor îndepărtate.

Joc de lumânări și lentile cosmice

Quasarii, datorită găurii negre uriașe din centrul lor, îndoaie structura spațiu-timpului într-un mod special, amplificând lumina care trece prin împrejurimile sale, ca o lentilă gigantică.

Dacă doi quasari sunt plasați unul lângă celălalt pentru observatorii de pe Pământ, apare un lucru interesant - lumina quasarului mai îndepărtat va fi divizată pe măsură ce trece prin lentila gravitațională a primului nucleu galactic. Din această cauză, vom vedea nu doi, ci cinci quasari, dintre care patru vor fi „copii” ușoare ale unui obiect mai îndepărtat. Cel mai important, fiecare copie va reprezenta o „fotografie” a quasarului în momente diferite ale vieții sale, datorită cantităților diferite de timp necesare pentru ca lumina lor să scape de lentila gravitațională.

Durata acestui timp, după cum explică oamenii de știință, depinde de rata de expansiune a Universului, ceea ce face posibilă calcularea acestuia prin observarea unui număr mare de quasari îndepărtați. Aceasta este ceea ce au făcut participanții H0LiCOW, căutând quasari „dubli” similari și observându-le „copiile”.

În total, Kubrin și colegii săi au găsit trei astfel de „păpuși matrioșca” quasar și le-au studiat în detaliu folosind telescoapele orbitale Hubble și Spitzer și o serie de telescoape de la sol din Insulele Hawaii și Chile. Aceste măsurători, potrivit cercetătorilor, le-au permis să măsoare constanta Hubble la distanța cosmologică „medie”, cu un nivel de eroare de 3,8%, care este de câteva ori mai bun decât rezultatele obținute anterior.

Aceste calcule au arătat că Universul se extinde cu o viteză de aproximativ 71,9 kilometri pe secundă, ceea ce corespunde în general rezultatului pe care Riess și colegii săi l-au obținut la distanțe cosmologice „aproape” și vorbește în favoarea existenței unei treimi „întunecate” substanţă care a accelerat Universul în tinereţea ei. O altă opțiune pentru a explica discrepanțele cu datele este că Universul nu este de fapt plat, ci seamănă cu o sferă sau un „acordeon”. De asemenea, este posibil ca cantitatea sau proprietățile materiei întunecate să se fi schimbat în ultimele 13 miliarde de ani, determinând universul să crească mai rapid.

În orice caz, oamenii de știință intenționează să studieze încă o sută de quasari similari pentru a verifica fiabilitatea datelor pe care le-au obținut și pentru a înțelege cum poate fi explicat un astfel de comportament neobișnuit al Universului, care nu se încadrează în teoriile cosmologice standard.

Unde se extinde Universul?
Cred că toată lumea a auzit deja asta Universul se extinde, și adesea ne imaginăm ca pe o minge uriașă plină cu galaxii și nebuloase, care crește dintr-o stare mai mică și gândul se strecoară în asta la începutul timpului. Univers În general, a fost strâns într-un punct.

Atunci apare întrebarea, ce este în spate frontieră , Și unde universul se extinde ? Dar despre ce frontieră vorbim?! Nu-i aşa Univers nu infinit?! Totuși, să încercăm să ne dăm seama.

Expansiunea Universului și a Sferei Hubble

Să ne imaginăm că privim printr-un telescop super uriaș, în care putem vedea orice Univers . Se extinde și galaxiile sale se îndepărtează de noi. Mai mult, cu cât sunt mai departe spațial față de noi, cu atât galaxiile se îndepărtează mai repede. Să privim din ce în ce mai departe. Și la o oarecare distanță se dovedește că toate corpurile se îndepărtează față de noi cu viteza luminii. Aceasta creează o sferă numită Sfera Hubble . Acum este puțin mai puțin 14 miliarde de ani lumină , și tot ce este în afara lui zboară față de noi mai repede decât lumina. Acest lucru ar părea să contrazică Teorii ale relativității , deoarece viteza nu poate depăși viteza luminii. Dar nu, pentru că aici nu vorbim despre viteza obiectelor în sine, ci despre viteză extinderea spațiului . Dar acest lucru este complet diferit și poate fi orice.
Dar putem privi mai departe. La o anumită distanță, obiectele se îndepărtează atât de repede încât nu le vom vedea deloc. Fotonii emiși în direcția noastră pur și simplu nu vor ajunge niciodată pe Pământ. Ele sunt ca o persoană care merge împotriva direcției unei scări rulante. Ei vor fi duși înapoi de spațiul care se extinde rapid. Limita unde se întâmplă acest lucru este numită Orizontul particulelor . Acum este vorba 46,5 miliarde de ani lumină . Aceasta distanta creste, deoarece Universul se extinde . Aceasta este granița așa-zisului Univers observabil . Și nu vom vedea niciodată totul dincolo de această graniță.
Și aici este cel mai interesant lucru. Ce se află în spatele ei? Poate acesta este răspunsul la întrebare?! Se pare că totul este foarte prozaic. De fapt, nu există graniță. Și acolo aceleași galaxii, stele și planete se întind pe miliarde de miliarde de kilometri.

Dar cum?! Cum se întâmplă asta?!

Centrul de expansiune al universului și orizontul particulelor

Doar Univers împrăștie destul de inteligent. Acest lucru se întâmplă în fiecare punct al spațiului în același mod. Este ca și cum am luat o grilă de coordonate și am mărit scara acesteia. Acest lucru face să pară că toate galaxiile se îndepărtează de noi. Dar, dacă te muți într-o altă Galaxy, vei vedea aceeași imagine. Acum toate obiectele se vor îndepărta de el. Adică, în fiecare punct al spațiului va părea că ne aflăm centru de expansiune . Deși nu există un centru.
Deci dacă ne găsim lângă Orizontul particulelor , Galaxiile vecine nu vor zbura departe de noi mai repede decât viteza luminii. La urma urmelor Orizontul particulelor mută-te cu noi și iarăși va fi foarte departe. În consecință, granițele se vor schimba Univers observabil și vom vedea noi Galaxii care anterior erau inaccesibile pentru observație. Și această operațiune se poate face la nesfârșit. Vă puteți deplasa la orizontul particulelor din nou și din nou, dar apoi el însuși se va schimba, deschizând noi perspective. Univers . Adică nu vom ajunge niciodată la granițele ei și se dovedește că Univers si este adevarat infinit . Ei bine, doar partea observabilă a acesteia are limite.
Ceva asemanator se intampla in Glob . Ni se pare că orizontul este limita suprafeței pământului, dar dacă ne deplasăm în acel punct, se dovedește că nu există o limită. U Univers nu există limită dincolo de care să nu existe spațiu timp sau asa ceva. Doar că aici întâlnim infinit , ceea ce este neobișnuit pentru noi. Dar poți spune asta Univers a fost întotdeauna infinit și se întinde în timp ce continuă să rămână infinit. Ea poate face acest lucru deoarece spațiul nu are cea mai mică particulă. Se poate întinde cât de mult se dorește. Universul, pentru expansiune, nu are nevoie de granițe și zone în care să se extindă. Deci asta pur și simplu nu există.

Așa că stai puțin, ce zici Big bang ?! Nu a fost tot ce există în spațiu comprimat într-un punct mic?!

Nu! A fost doar comprimat într-un punct limita observabilă a universului . Dar, în ansamblu, nu a avut niciodată limite. Pentru a înțelege asta, să ne imaginăm Univers miliarde de secundă după , când partea observată era de dimensiunea unei mingi de baschet. Chiar și atunci ne putem muta la Orizontul particulelor si tot ce este vizibil Univers se va muta. Putem face asta de câte ori vrem și se dovedește că Univers într-adevăr infinit .
Și putem face același lucru înainte. Astfel, deplasându-ne înapoi în timp, ne vom găsi mai aproape de Big bang . Dar, în același timp, de fiecare dată vom descoperi asta Universul este infinit în fiecare perioadă de timp! Chiar și în momentul Big Bang-ului! Și se dovedește că nu s-a întâmplat într-un punct anume, ci peste tot, în fiecare punct, care nu are limită la Cosmos.
Totuși, aceasta este doar o teorie. Da, este destul de consistent și logic, dar nu lipsit de neajunsurile sale.

În ce stare se afla substanța în acest moment? Big bang ? Ce s-a întâmplat înainte și de ce s-a întâmplat? Până acum, nu există răspunsuri clare la aceste întrebări. Dar lumea științifică nu stă pe loc și poate chiar vom deveni martori oculari la soluționarea acestor mistere.

Când privim Universul îndepărtat, vedem galaxii peste tot - în toate direcțiile, la milioane și chiar miliarde de ani lumină distanță. Deoarece există două trilioane de galaxii pe care le-am putea observa, suma a tot ce se află dincolo de ele este mai mare și mai rece decât imaginația noastră cea mai sălbatică. Unul dintre cele mai interesante fapte este că toate galaxiile pe care le-am observat vreodată urmează (în medie) aceleași reguli: cu cât sunt mai departe de noi, cu atât se îndepărtează mai repede de noi. Această descoperire, făcută de Edwin Hubble și colegii săi încă din anii 1920, ne-a condus la imaginea unui univers în expansiune. Dar dacă se extinde? Știința știe, iar acum vei ști și tu.

La prima vedere, această întrebare poate părea o întrebare de bun simț. Pentru că orice se extinde este de obicei făcut din materie și există în spațiul și timpul Universului. Dar Universul însuși este spațiu și timp care conține materie și energie în sine. Când spunem că „Universul se extinde”, ne referim la expansiunea însuși a spațiului, ceea ce face ca galaxiile individuale și grupurile de galaxii să se îndepărteze unele de altele. Cel mai simplu ar fi să-ți imaginezi o bilă de aluat cu stafide înăuntru, care se coace în cuptor, spune Ethan Siegel.

Un model în expansiune al Universului, în care distanțele relative cresc pe măsură ce spațiul se extinde

Acest aluat este țesătura spațiului, iar stafidele sunt structuri conectate (cum ar fi galaxiile sau grupurile de galaxii). Din punctul de vedere al oricărei stafide, toate celelalte stafide se vor îndepărta de ea și, cu cât sunt mai departe, cu atât mai repede. Doar in cazul Universului cuptorul si aerul din afara aluatului nu exista, exista doar aluat (spatiu) si stafide (materie).

Nu doar galaxiile în retragere creează deplasarea spre roșu, ci mai degrabă spațiul dintre noi

De unde știm că acest spațiu se extinde și nu galaxiile se îndepărtează?

Dacă vezi obiecte care se îndepărtează de tine în toate direcțiile, există un singur motiv care poate explica acest lucru: spațiul dintre tine și aceste obiecte se extinde. De asemenea, puteți presupune că vă aflați în apropierea centrului exploziei și că multe obiecte sunt pur și simplu mai departe și se îndepărtează mai repede, deoarece au primit mai multă energie din explozie. Dacă ar fi așa, am putea dovedi în două moduri:

• La distanțe mai mari și viteze mari vor fi mai puține galaxii, deoarece în timp s-ar răspândi foarte mult în spațiu
• Relația dintre deplasarea spre roșu și distanță va lua o formă specifică la distanțe mai mari, care va fi diferită de forma în cazul în care țesătura spațiului s-ar extinde

Când ne uităm la distanțe mai mari, constatăm că mai departe, în Univers, densitatea galaxiilor este mai mare decât a celor mai apropiate de noi. Acest lucru este în concordanță cu o imagine în care spațiul se extinde, deoarece a privi mai departe este același lucru cu a privi în trecut, unde a avut loc o expansiune mai mică. De asemenea, descoperim că galaxiile îndepărtate au un raport deplasare către roșu la distanță în concordanță cu expansiunea spațiului și deloc - dacă galaxiile pur și simplu s-ar îndepărta rapid de noi. Știința poate răspunde la această întrebare în două moduri diferite și ambele răspunsuri susțin expansiunea universului.

S-a extins Universul întotdeauna în același ritm?

O numim constanta Hubble, dar este constantă doar în spațiu, nu în timp. Universul se extinde în prezent mai lent decât în ​​trecut. Când vorbim de viteza de expansiune, vorbim de viteză pe unitatea de distanță: aproximativ 70 km/s/Mpc astăzi. (Mpc este un megaparsec, aproximativ 3.260.000 de ani lumină). Dar rata de expansiune depinde de densitățile tuturor lucrurilor diferite din univers, inclusiv materie și radiații. Pe măsură ce Universul se extinde, materia și radiația din el devin mai puțin dense, iar pe măsură ce densitatea scade, la fel scade și rata de expansiune. Universul s-a extins mai repede în trecut și a încetinit de la Big Bang. Constanta Hubble este o denumire greșită; ar trebui să fie numită parametrul Hubble.

Soarta îndepărtată a universului oferă posibilități diferite, dar dacă energia întunecată este cu adevărat constantă, așa cum sugerează datele, vom urma curba roșie.

Se va extinde Universul pentru totdeauna sau se va opri vreodată?

Câteva generații de astrofizicieni și cosmologi s-au nedumerit cu privire la această întrebare și nu se poate răspunde decât prin determinarea ratei de expansiune a Universului și a tuturor tipurilor (și cantităților) de energie prezente în el. Am măsurat deja cu succes câtă materie obișnuită, radiații, neutrini, materie întunecată și energie întunecată există, precum și rata de expansiune a Universului. Pe baza legile fizicii și a ceea ce s-a întâmplat în trecut, se pare că universul se va extinde pentru totdeauna. Deși probabilitatea acestui lucru nu este de 100%; dacă ceva de genul energiei întunecate se comportă diferit în viitor față de trecut și prezent, toate concluziile noastre vor trebui să fie reconsiderate.

Se mișcă galaxiile mai repede decât viteza luminii? Nu este asta interzis?

Din punctul nostru de vedere, spațiul dintre noi și punctul îndepărtat se extinde. Cu cât este mai departe de noi, cu atât mai repede ni se pare că se îndepărtează. Chiar dacă rata de expansiune ar fi mică, un obiect îndepărtat ar depăși într-o zi pragul oricărei limite de viteză, deoarece rata de expansiune (viteza pe unitate de distanță) s-ar înmulți de mai multe ori cu o distanță suficientă. OTO aprobă acest scenariu. Legea potrivit căreia nimic nu poate călători mai repede decât viteza luminii se aplică doar mișcării unui obiect prin spațiu, nu expansiunii spațiului în sine. În realitate, galaxiile înseși se mișcă cu viteze de doar câteva mii de kilometri pe secundă, mult sub limita de 300.000 km/s stabilită de viteza luminii. Expansiunea Universului este cea care provoacă recesiunea și deplasarea spre roșu, nu adevărata mișcare a galaxiei.

Există aproximativ 2 trilioane de galaxii în universul observabil (cerc galben). Nu vom putea niciodată să ajungem din urmă cu galaxiile care sunt mai aproape de o treime din drumul de această graniță din cauza expansiunii Universului. Doar 3% din volumul Universului este deschis explorării umane.

Expansiunea Universului este o consecință necesară a faptului că materia și energia umplu spațiu-timp, care respectă legile relativității generale. Atâta timp cât există materie, există și atracție gravitațională, așa că fie gravitația învinge și totul se contractă din nou, fie gravitația pierde și expansiunea învinge. Nu există centru de expansiune și nu există nimic în afara spațiului care se extinde; este însăși țesătura Universului care se extinde. Cel mai interesant este că, chiar dacă am părăsi Pământul cu viteza luminii astăzi, am putea vizita doar 3% din galaxiile din Universul observabil; 97% dintre ei sunt deja la îndemâna noastră. Universul este complex.

În 1920, Edwin Hubble a primit două lucruri care i-au permis să revoluționeze modul în care oamenii vedeau universul. Unul era cel mai mare telescop din lume la acea vreme, iar celălalt a fost o descoperire interesantă a colegul astronom Vesto Slipher, care a văzut ceea ce numim acum galaxii în nebuloasă și a fost intrigat de strălucirea lor, care era mult mai roșie decât se presupunea. El a legat asta cu redshift-ul.

Imaginează-ți că tu și o altă persoană stați lângă o frânghie lungă și în fiecare secundă trageți de ea. În acest moment, un val călătorește de-a lungul frânghiei, anunțând cealaltă persoană că frânghia s-a zvâcnit. Dacă ar fi să te îndepărtezi repede de această persoană, distanța pe care o parcurgi, valul ar trebui să depășească în fiecare secundă și, din punctul de vedere al altuia, frânghia ar începe să se zvâcnească o dată la 1,1 secunde. Cu cât mergi mai repede, cu atât va trece mai mult timp pentru cealaltă persoană între smucituri.

Același lucru se întâmplă și cu undele luminoase: cu cât sursa de lumină este mai departe de observator, cu atât vârfurile undelor devin mai rare, iar acest lucru le deplasează către partea roșie a spectrului luminii. Slifer a concluzionat că nebuloasele apar roșii deoarece se îndepărtează de Pământ.

Hubble a luat un nou telescop și a început să caute deplasarea roșie. A găsit-o peste tot, dar unele stele păreau a fi ceva mai „roșii” decât altele: unele stele și galaxii erau doar ușor deplasate spre roșu, dar uneori deplasarea spre roșu era maximă. După ce a colectat o cantitate mare de date, Hubble a creat o diagramă care arată că deplasarea către roșu a unui obiect depinde de distanța acestuia față de Pământ.

Astfel, în secolul al XX-lea s-a dovedit că Universul se extinde. Majoritatea oamenilor de știință care analizează datele au presupus că expansiunea încetinește. Unii credeau că Universul se va extinde treptat până la o anumită limită, care există, dar pe care însă nu o va atinge niciodată, iar alții credeau că, după atingerea acestei limite, Universul va începe să se contracte. Cu toate acestea, astronomii au găsit o modalitate de a rezolva problema: pentru aceasta au avut nevoie de cele mai recente telescoape și de puțin ajutor din partea Universului sub formă de supernove de tip 1A.

Deoarece știm cum variază luminozitatea în funcție de distanță, știm, de asemenea, cât de departe sunt aceste supernove de noi și câți ani a călătorit lumina înainte să o putem vedea. Și când ne uităm la deplasarea spre roșu a luminii, știm cât de mult s-a extins Universul în acel timp.

Când astronomii s-au uitat la stele îndepărtate și antice, au observat că distanța nu se potrivea cu gradul de expansiune. Lumina de la stele a durat mai mult să ajungă la noi decât se aștepta, de parcă expansiunea ar fi fost mai lentă în trecut – stabilindu-se astfel că expansiunea Universului se accelerează, nu încetinește.

Cele mai mari descoperiri științifice din 2014

10 întrebări principale despre Univers la care oamenii de știință caută răspunsuri chiar acum

Au fost americanii pe Lună?

Rusia nu are capabilitățile de explorare umană a Lunii

10 moduri în care spațiul cosmic poate ucide oameni

Șapte minuni ale Lunii

10 lucruri pe care oamenii din anumite motive le-au trimis în stratosferă