Mes padarome kažką negero dėl visatos.
Tai gali būti kažkas nedidelio: matavimo klausimas, dėl kurio tam tikros žvaigždės atrodo arčiau ar toliau, nei yra, tai, ką astrofizikai galėtų pataisyti keliais patarimais, kaip išmatuoti atstumus visoje erdvėje. Tai gali būti kažkas didelio: klaida arba klaidų serija kosmologijoje arba mūsų supratimas apie Visatos kilmę ir evoliuciją. Tokiu atveju visa mūsų erdvės ir laiko istorija gali būti sutrikdyta. Bet kad ir kokia būtų problema, pagrindiniai visatos pastebėjimai nesutampa: Visuma atrodo, kad visata plečiasi tam tikru greičiu; matuojant kitu būdu, atrodo, kad visata plečiasi skirtingais tempais. Ir, kaip rodo naujas dokumentas, šie neatitikimai pastaraisiais metais padidėjo, net kai matavimai tapo tikslesni.
„Mes manome, kad jei mūsų kosmologijos supratimas yra teisingas, tada visi šie skirtingi vertinimai turėtų duoti tą patį atsakymą“, - sakė Katie Mack, teorinė kosmologė iš Šiaurės Karolinos valstijos universiteto (NCSU) ir naujojo straipsnio bendraautorė. .
Du garsiausi matavimai veikia labai skirtingai. Pirmasis priklauso nuo kosminio mikrobangų fono (CMB): mikrobangų spinduliuotės likučio nuo pirmųjų akimirkų po Didžiojo sprogimo. Kosmologai ant CMB pamatų sukūrė teorinius visos Visatos istorijos modelius - modelius, kuriais jie labai pasitiki, ir kuriems prireiks visiškai naujos fizikos. Visi kartu paėmus, Mackas teigė, kad jie sukuria pakankamai tikslų Hablo konstantos arba H0 skaičių, kuris nustato, kaip greitai visata šiuo metu plečiasi.
Antrame matavime naudojamos supernovos ir mirgančios žvaigždės šalia esančiose galaktikose, vadinamose cefeidais. Įvertinę, kaip toli šios galaktikos yra nuo mūsų pačių ir kaip greitai jos nutolsta nuo mūsų, astronomai išsiaiškino, kas, jų manymu, yra labai tikslus Hablo konstantos matavimas. Ir šis metodas siūlo kitokį H0.
„Jei gausime skirtingus atsakymus, tai reiškia, kad yra kažkas, ko mes nežinome“, - „Live Science“ pasakojo Mackas. "Taigi, tai iš tikrųjų reiškia ne tik supratimą apie dabartinį visatos išsiplėtimo greitį - kas yra kažkas, kas mus domina, bet ir supratimas, kaip vystėsi visata, kaip išsiplėtė ir koks erdvės laikas visa tai darė. laikas."
Weikang Lin, taip pat NCSU kosmologas ir pagrindinis darbo autorius, teigė, kad norėdama susidaryti išsamų problemos vaizdą, komanda nusprendė suapvalinti visus skirtingus H0 „suvaržymo“ būdus vienoje vietoje. Straipsnis dar nebuvo oficialiai recenzuotas ar paskelbtas ir yra prieinamas priešspausdinimo serveryje „arXiv“.
Štai ką reiškia „suvaržymas“: Fizikos matavimai retai pateikia tikslius atsakymus. Vietoj to, jie apriboja galimų atsakymų spektrą. Žiūrėdami į šiuos apribojimus kartu, galite daug sužinoti apie tai, ko studijuojate. Pavyzdžiui, žvelgdami pro vieną teleskopą, galite sužinoti, kad šviesos taškas erdvėje yra raudonas, geltonas arba oranžinis. Kitas gali pasakyti, kad jis ryškesnis nei dauguma kitų kosmoso lempučių, bet mažiau ryškus nei saulė. Kitas gali pasakyti, kad per dangų judama taip greitai kaip planeta. Nei vienas iš šių suvaržymų jums nieko daug nepasakys, tačiau kartu paėmus, jums reikia žiūrėti į Marsą.
Linas, Mackas ir jų trečiasis bendraautorius, NCSU magistrantas Liqiangas Hou, apžvelgė dviejų konstantų apribojimus: H0, ir tai, kas vadinama visatos „masės dalimi“, žymima kaip Ωm, ir tai nurodo jums, kokia yra visatos dalis. yra energija, o kiek - materija. Lin sakė, kad daugelis H0 matavimų taip pat riboja Ωm, todėl naudinga į juos žiūrėti kartu.
Tai sukūrė šį spalvingą siužetą:
Ištemptas rausvai raudonos spalvos ovalas, paženklintas WMAP, yra galimų masės frakcijų ir Hablo konstantų diapazonas, kurie anksčiau buvo įmanomi remiantis dideliu praeities NASA atliktu CMB tyrimu, žinomu kaip Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondas. Geltona kolonėlė, pažymėta CV SN (sutrumpintai „Cepheid-Calibrated Ia Supernovae“), reiškia „Cepheid-supernova“ matavimus, kurie nevaržo visatos masės, bet riboja H0. Raudona juosta, pažymėta SN P (sutrumpintai „Ia Supernovae Panteon“), yra pagrindinis masės visatos apribojimas.
Galite pastebėti, kad WMAP ir CV SN kraštai sutampa, daugiausia už raudonos juostos. Tai buvo prieš kelerius metus vykusio neatitikimo nuotrauka, Mackas teigė: pakankamai reikšmingas, kad būtų galima nerimauti, kad du matavimai sukūrė skirtingus atsakymus, bet ne tokie reikšmingi, kad juos būtų galima nesuderinti su šiek tiek keitimu.
Tačiau pastaraisiais metais buvo atliktas naujas CMB vertinimas iš grupės, vadinamos „Planck Collaboration“. „Planck Collaboration“, kuris 2018 m. Išleido naujausią duomenų rinkinį, nustatė labai griežtus visatos masės dalies ir plėtimosi greičio apribojimus, kuriuos žymi juodoji plytelė sklype, pažymėtame „Planck“.
Dabar autoriai parašė, iškyla du beprotiškai skirtingi visatos vaizdai. „Planck“ ir WMAP, kaip ir daugybė kitų H0 ir Ωm suvaržymo būdų, yra daugiau ar mažiau suderinami. Sklype, baltų brūkšnelių ratu, yra vieta, kur visi jie leidžia gauti panašius atsakymus, kaip greitai visata plečiasi ir kiek jos sudaro materija. Galite pamatyti, kad beveik visos sklypo formos praeina per tą apskritimą.
Bet tiesioginis matavimas, pagrįstas faktiškai tyrimu, kaip toli daiktai yra mūsų vietinėje visatoje ir kaip greitai juda, nesutinka. „Cepheid“ matavimas yra dešinėje, ir net jo klaidų juostos (silpnai geltonos bitai, žyminčios tikėtinų verčių diapazoną) praeina per brūkšnelį. Ir tai yra problema.
„Per pastaruosius kelis mėnesius šioje srityje buvo daug veiklos“, - teigė šiame dokumente nedalyvavusi Stanfordo universiteto kosmologė Risa Wechsler. "Taigi tikrai malonu matyti viską apibendrinus. Pabrėžti tai H0 ir Ωm, kurie yra pagrindiniai parametrai, tikrai yra aišku".
Vis dėlto Wechsleris sakė „Live Science“, svarbu nesišokti į jokias išvadas.
„Žmonės tuo džiaugiasi, nes tai gali reikšti, kad atsiranda nauja fizika, ir tai būtų tikrai įdomu“, - sakė ji.
Gali būti, kad CMB modelis yra tam tikru būdu neteisingas, ir tai lemia tam tikrą sisteminę klaidą, kai fizikai supranta visatą.
"Visiems tai patiktų. Fizikai mėgsta laužyti savo modelius", - teigė Wechsleris. "Tačiau šis modelis iki šiol veikia gana gerai, todėl mano prioritetas yra tas, kad turi būti pakankamai rimtų įrodymų, kad mane įtikintų".
Tyrimas rodo, kad būtų sunku suderinti „Cepheid“ matavimus su vietine visata su visais kitais, įvedus tik vieną naują fizikos kūrinį, sakė Mackas.
Mackas sako, kad gali būti, kad supernovos-Cepheid skaičiavimas yra neteisingas. Gal fizikai klaidingai matuoja atstumus mūsų vietinėje visatoje ir tai lemia klaidingą skaičiavimą. Vis dėlto sunku įsivaizduoti, koks tai būtų neteisingas apskaičiavimas, - sakė ji. Daugelis astrofizikų išmatuojo vietinius atstumus nuo nulio ir pasiekė panašių rezultatų. Viena iš galimybių, kurią iškėlė autoriai, yra tik ta, kad mes gyvename keistame visatos gabale, kur yra mažiau galaktikų ir mažiau gravitacijos, todėl mūsų kaimynystė plečiasi greičiau nei visa Visata.
Atsakymas į problemą, jos teigimu, gali būti visai šalia. Bet labiau tikėtina, kad tai praeis metais ar dešimtmečiais.
„Tai arba kažkas naujo visatoje, arba tai, ko mes nesuprantame atlikdami savo matavimus“, - sakė ji.
Wechsleris teigė, kad ji lažinsis dėl pastarojo - kad tikriausiai kažkas ne visai teisinga klaidų juostose, esančiose aplink kai kuriuos atliktus matavimus, ir kad išsprendus paveikslėlį, jie geriau derės.
Atlikti matavimai gali išaiškinti prieštaravimus - arba paaiškinti, arba padidinti, siūlyti naują fizikos sritį. Planuojama, kad 2020 m. Internete pasirodysiantis didelis Synoptic Survey teleskopas turėtų rasti šimtus milijonų supernovų, kurios turėtų labai patobulinti duomenų rinkinius, kuriuos astrofizikai naudoja atstumų tarp galaktikų matavimui. Galiausiai, pasak Macko, gravitacinių bangų tyrimai bus pakankamai geri, kad apribotų ir Visatos plėtimąsi, o tai turėtų pridėti dar vieną kosmologijos tikslumo lygį. Pasak jos, fizikai gali netgi sukurti pakankamai jautrius instrumentus, kad realiu laiku būtų galima stebėti, kaip objektai plečiasi vienas nuo kito.
Tačiau kol kas kosmologai vis dar laukia ir klausia, kodėl jų visatos matavimai neturi prasmės kartu.
