Universumin laajenemisen mysteeri

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Hieman yli sata vuotta sitten kukaan planeetallamme ei tiennyt maailmankaikkeuden laajenemisesta. Mutta huolimatta kaikista ongelmista ja onnettomuuksista, joita 1900-luku toi ihmiskunnalle, tämä vuosisata oli tieteen ja tekniikan kehityksen leimaa. Uskomattoman lyhyessä ajassa olemme oppineet maailmasta ja universumista enemmän kuin koskaan ennen.

Belgialainen fyysikko Georges Lemaitre ehdotti ensimmäisen kerran ajatusta siitä, että universumimme on laajentunut viimeisten 13,8 miljardin vuoden aikana. Kaksi vuotta myöhemmin amerikkalainen tähtitieteilijä Edwin Hubble pystyi vahvistamaan tämän hypoteesin. Hän havaitsi, että jokainen galaksi on siirtymässä pois meistä ja mitä kauempana se on, sitä nopeammin se tapahtuu. Nykyään tiedemiehet voivat monilla tavoilla ymmärtää, kuinka nopeasti universumimme laajenee. Tässä ovat vain numerot, jotka tutkijat saavat mittauksen aikana, joka kerta, kun ne osoittautuvat erilaisiksi. Mutta miksi?

Universumin suurin mysteeri

Kuten nykyään tiedämme, galaksin etäisyyden ja sen väistymisen välillä on läheinen suhde. Eli esimerkiksi galaksi, joka on 1 megaparsekin etäisyydellä planeetastamme (yksi megaparsekki vastaa suunnilleen 3,3 miljoonaa valovuotta), liikkuu pois nopeudella 70 kilometriä sekunnissa. Ja galaksi, joka on hieman kauempana, kahden megaparsekin etäisyydellä, liikkuu kaksi kertaa nopeammin (140 km/s).

On myös mielenkiintoista, että nykyään on olemassa kaksi pääasiallista lähestymistapaa maailmankaikkeuden iän tai tieteellisesti Hubblen vakion määrittämiseen. Ero näiden kahden ryhmän välillä on se, että toinen menetelmäsarja tarkastelee suhteellisen lähellä olevia universumin kohteita, kun taas toinen tarkastelee hyvin kaukana olevia kohteita. Riippumatta siitä, mitä menetelmää tutkijat käyttävät, tulokset ovat joka kerta erilaiset. Osoittautuu, että joko teemme jotain väärin tai jossain kaukana universumissa tapahtuu jotain täysin tuntematonta.

Äskettäin airxiv.org-preprint-palvelimella julkaistussa tutkimuksessa lähellä olevia galakseja tutkivat tähtitieteilijät käyttivät näppärää menetelmää mitata maailmankaikkeuden laajenemista, joita kutsutaan pinnan kirkkauden vaihteluiksi. Se on hieno nimi, mutta se sisältää idean, joka on itse asiassa intuitiivinen.

Kuvittele, että seisot metsän reunalla, aivan puun edessä. Koska olet hyvin lähellä, näet vain yhden puun näkökentässäsi. Mutta jos astut hieman taaksepäin, näet enemmän puita. Ja mitä pidemmälle menet, sitä enemmän puita ilmestyy silmiesi eteen. Paljon sama asia tapahtuu galakseilla, joita tutkijat tarkkailevat kaukoputkella, mutta paljon monimutkaisempaa.

Mistä tiedät maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden?

Hyvän tilaston saamiseksi tähtitieteilijät tarkkailevat galakseja, jotka ovat melko lähellä Maata, noin 300 miljoonaa valovuotta tai lähempänä. Galakseja havainnoitaessa on kuitenkin otettava huomioon pöly, taustagalaksit ja tähtijoukot, jotka näkyvät kaukoputkella otetuissa kuvissa.

Universumi on kuitenkin ovela. 1990-luvulta lähtien tähtitieteilijät ovat nähneet, että hyvin kaukana räjähtävät tähdet ovat aina olleet kauempana kuin yksinkertaiset mittaukset osoittaisivat. Tämä sai heidät uskomaan, että maailmankaikkeus laajenee nyt nopeammin kuin ennen, mikä puolestaan johti pimeän energian löytämiseen - salaperäiseen voimaan, joka nopeuttaa universaalia laajenemista.

Kuten tieteellisen työn kirjoittajat kirjoittavat, kun katsomme hyvin kaukana olevia esineitä, näemme ne sellaisina kuin ne olivat menneisyydessä, kun universumi oli nuorempi. Jos maailmankaikkeuden laajenemisnopeus oli silloin erilainen (esimerkiksi 12-13,8 miljardia vuotta sitten) kuin nyt (alle miljardi vuotta sitten), voimme saada kaksi eri arvoa Hubble-vakiolle. Tai ehkä universumin eri osat laajenevat eri tahtia?

Mutta jos laajenemisnopeus on muuttunut, universumimme ikä ei ole ollenkaan sitä, mitä ajattelemme (tutkijat käyttävät universumin laajenemisnopeutta jäljittääkseen sen iän). Tämä puolestaan tarkoittaa, että maailmankaikkeuden koko on erilainen, mikä tarkoittaa, että myös aika, joka kuluu jonkin tapahtumaan, on erilainen.

Jos seuraat tätä päättelyketjua, niin lopulta käy ilmi, että varhaisessa universumissa tapahtuneet fyysiset prosessit tapahtuivat eri aikoina. On myös mahdollista, että mukana oli muita prosesseja, jotka vaikuttavat laajenemisnopeuteen. Yleisesti ottaen on jonkinlainen sotku. "Josta seuraa, että emme joko ymmärrä tarpeeksi hyvin maailmankaikkeuden käyttäytymistä tai mittaamme sitä väärin", tutkimuksen kirjoittajat huomauttavat.

Joka tapauksessa Hubblen vakio on kuuma keskustelunaihe tähtitieteilijäyhteisössä. Uusi tutkimus on kuitenkin lisännyt kysymyksiä, joten taistelu epävarmuutta vastaan tulee olemaan pitkä. Jonakin päivänä ymmärryksemme kosmoksesta tietysti muuttuu. Mutta kun näin tapahtuu, kosmologit joutuvat etsimään jotain muuta, mistä kiistellä. Mitä he varmasti tekevät.