5 вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать
Взгляд на чрезвычайно отдалённую часть Вселенной открывает нам галактики, движущиеся от нас с огромными скоростями. На таких расстояниях галактик видно больше, они меньше по размеру, не такие развитые и удаляются с большими красными смещениями, чем те, что расположены недалеко
Когда вы смотрите на удалённую Вселенную, вы повсюду видите галактики – во всех направлениях, на все миллионы и миллиарды световых лет. Человечеству доступны для наблюдения примерно два триллиона галактик, а общая сумма всего, что есть во Вселенной, гораздо больше и невероятнее, чем большинство из нас может себе представить. Один из наиболее сбивающих с толку фактов состоит в том, что все видимые нами галактики в среднем подчиняются одному правилу: чем дальше они от нас, тем быстрее, по-видимому, они движутся в сторону от нас. Это открытие, сделанное Эдвином Хабблом со своими помощниками в 1920-х, привело нас к картине расширяющейся Вселенной. Но что означает, что Вселенная расширяется? Наука знает это, а теперь будете знать и вы!
Чем дальше мы смотрим, тем более древнюю и неразвитую Вселенную видим. Но это только если Общая теория относительности применима ко Вселенной и управляет её расширением.
1) Во что расширяется Вселенная? Это один из вопросов, звучащих разумно, поскольку всё остальное, что может расширяться, состоит из материи и существует в рамках пространства и времени Вселенной. Но сама Вселенная – это и есть пространство и время, и оно содержит всю имеющуюся материю и энергию. Говоря о «расширении Вселенной» мы имеем в виду, что расширяется пространство, и мы видим, что отдельные галактики и их скопления разлетаются друг от друга. Лучшая из визуализаций этого процесса – это тесто с изюминками, поднимающееся в результате выпекания в печи.
Модель «хлеба с изюмом» расширения Вселенной, в которой относительные расстояния увеличиваются при расширении пространства (теста).
Тесто – ткань пространства, изюминки – связанные структуры (галактики или группы/скопления галактик), и с точки зрения любой изюминки все остальные двигаются от неё, и чем дальше изюминка, тем быстрее она убегает. Только в случае Вселенной нет никакой печки и воздуха снаружи теста; есть только тесто (пространство) и изюминки (материя).
Красное смещение вызывается не движением галактик от нас – красное смещение света, путешествующего от удалённых точек пространства к нам, происходит из-за растяжения пространства между нами и галактиками
2) Откуда нам знать, что расширяется ткань пространства – может, это просто галактики движутся с разными скоростями? Если объекты движутся от вас по всем направлениям, то, возможно, пространство между вами и ими расширяется; но это лишь одна из возможностей. Также звучит разумным, что вы могли оказаться в центре взрыва, и многие объекты просто оказались дальше от вас и двигаются быстрее сегодня, поскольку приобрели больше энергии во время взрыва. Если бы это было так, то выделялись бы два свидетельства этого:
- На больших расстояниях галактик с высокими скоростями было бы меньше, поскольку они бы разлетались в стороны в пространстве с течением времени.
- Соотношение красного смещения и дальности на больших расстояниях имело бы весьма определённую форму, отличающуюся от того случая, когда расширяется ткань пространства.
Разница между объяснением на основе простого движения (пунктир) и предсказаниями ОТО (сплошная) для расстояний в расширяющейся Вселенной. Нашим наблюдениям однозначно соответствуют предсказания ОТО.
На больших расстояниях плотность галактик оказывается выше, чем поблизости от нас. Это совпадает с картиной, в которой расширяется пространство, поскольку заглядывать вдаль – это всё равно, что заглядывать в прошлое, где расширение было не таким сильным. Мы также видим, что отношение красного смещения к расстоянию у далёких галактик совпадает с картиной расширения ткани пространства, и вовсе не совпадает со случаем, когда галактики просто движутся от нас. На этот вопрос наука даёт ответ двумя очень разными способами, и оба ответа поддерживают вариант расширяющейся Вселенной.
График видимой скорости расширения (ось y) в зависимости от расстояния (ось x) совпадает со Вселенной, быстрее расширявшейся в прошлом, но до сих пор расширяющейся сегодня. Это современная версия наблюдения, расширяющая дистанции в тысячи раз по сравнению с тем, что делал Хаббл. Отметьте, что точки не лежат на прямой, что говорит об изменении скорости расширения со временем
3) Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью? Мы называем эту скорость постоянной Хаббла, но она постоянна по всему пространству, а не по всему времени. Вселенная сейчас, сегодня, расширяется медленнее, чем это было в прошлом [Вот тут Итан объясняет, почему расширение замедляется, а галактики разлетаются всё быстрее / прим. перев.]. Когда мы говорим о скорости расширения, имеется в виду скорость на единицу расстояния: сегодня это порядка 70 км/с/Мпк (километров в секунду на мегапарсек; мегапарсек – 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотности всего, что есть во Вселенной, включая и материю с излучением. С расширением Вселенной материя и излучение внутри неё становятся менее плотными, и с падением плотности материи и излучения падает и скорость расширения. Вселенная в прошлом расширялась быстрее, и замедляется со времён горячего Большого взрыва. Постоянная Хаббла названа так не очень точно; её надо бы назвать параметром Хаббла.
Варианты отдалённой судьбы Вселенной предлагают несколько возможностей, но если тёмная энергия действительно является постоянной, о чём говорят наши данные, то Вселенная будет продолжать следовать красной кривой
4) Будет ли Вселенная расширяться вечно, или она когда-нибудь остановится, или даже сожмётся обратно? Множество поколений этот вопрос был святым Граалем космологии и астрофизики, и на него можно было ответить, только определив как скорость расширения Вселенной, так и все присутствующие в ней типы и количества энергии. Теперь мы успешно измерили, сколько нормальной материи, излучения, нейтрино, тёмной материи и тёмной энергии присутствует в ней, а также скорость расширения Вселенной. На основании законов физики и прошлых событий весьма вероятным кажется то, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя эта вероятность не равна 100%; если что-то, к примеру, тёмная материя, будет вести себя в будущем по-другому, не так, как в прошлом или сегодня, все наши выводы придётся пересмотреть.
5) Есть ли галактики, убегающие от нас быстрее скорости света, и не запрещено ли это? С нашей точки зрения пространство между нами и любой удалённой точкой расширяется. Чем дальше что-то находится, тем быстрее оно удаляется от нас. Даже если бы скорость расширения была крохотной, достаточно далёкий объект в итоге преодолел бы порог любой конечной скорости, поскольку скорость расширения (скорость на единицу расстояния), помноженная на достаточно большое расстояние, даст вам любое значение скорости. Но ОТО этого не запрещает! Закон, запрещающий движение быстрее света, применим только к движениям объектов в пространстве, а не к расширению самого пространства. На самом деле сами галактики двигаются со скоростями порядка сотен или тысяч км/с, что гораздо меньше, чем 300 000 км/с, ограничение скорости, устанавливаемое светом. Убегание и красное смещение вызвано расширением Вселенной, а не истинным движением галактики.
Внутри наблюдаемой Вселенной (жёлтый круг) есть примерно 2 триллиона галактик. До галактик, находящихся на расстоянии большем, чем треть пути от нас до границы, никогда нельзя будет добраться из-за расширения Вселенной, поэтому объём, открытый для изучения человеком, составляет всего 3% от наблюдаемой Вселенной
Расширение Вселенной – обязательное следствие наличия материи и энергии, заполняющей пространство-время, подчиняющееся ОТО. Пока есть материя, есть гравитационное притяжение, поэтому либо гравитация выигрывает и всё сжимается, либо гравитация проигрывает и выигрывает расширение. Нет никакого центра расширения, нет ничего за пределами пространства, куда расширялась бы Вселенная; расширение испытывает сама ткань Вселенной, везде и постоянно. И что самое обидное, даже если бы мы сегодня покинули Землю и отправились бы в путь со скоростью света, нам оказались бы доступными лишь 3% галактик из всей наблюдаемой Вселенной; 97% из них уже за пределами наших возможностей. Вселенная может быть сложным местом, но, по крайней мере, теперь вы знаете ответы на пять из наиболее часто запутывающих всех вопросов!
- вселенная
- расширение вселенной
- Научно-популярное
- Астрономия
youinf.ru
Загадочная звезда HE 1523-0901 …
▲ это реально или фейк ?
С какой скоростью расширяется Вселенная?
Скорость увеличения расстояния между галактиками, описывается простой формулой, найденной астрофизиком Эдвином Хабблом: скорость удаления галактики V прямо пропорциональна её расстоянию от нас d, или V = Hd. Коэффициент H — это постоянная Хаббла, которая и определяет скорость расширения Вселенной вокруг нас.
Постоянная Хаббла имеет размерность, обратную времени и выражается обычно в км/с на мегапарсек. Астрофизики получили точное значение постоянной Хаббла (H ≈ 2,2·10 с − 1 ), и определили скорость расширения Вселенной равную примерно 72 километрам в секунду на мегапарсек.
С какой скоростью удаляется край вселенной?
Но не все галактики подчиняются закону Хаббла. Ближайшая к нам крупная галактика Андромеда вообще движется на нас, а не от нас.
Такие исключения бывают, поскольку закон Хаббла описывает лишь усредненное поведение галактик. Но любая галактика имеет и своё движение, ибо все галактики притягивают друг на друга. Однако на больших расстояниях (при большом значении d) и на фоне больших скоростей удаления (V) закон Хаббла выполняется с высокой точностью.
Согласно закону Хаббла, пространство расширяется не с постоянной скоростью. Некоторые галактики удаляются от нас со скоростью 1000 км/с, другие, расположенные в 2 раза дальше, со скоростью 2000 км/с, и т.д. Таким образом, по формуле Хаббла, начиная с некоторого расстояния галактики удаляются от нас со скоростью превышающей скорость света. Это расстояние составляет около 14 млрд. световых лет.
Но теория относительности утверждает, что никакой объект не может иметь скорость больше скорости света? Парадокс? А решение состоит в том, что частная теория относительности применима лишь к движению в пространстве, а не к расширению самого пространства. Этот парадокс общей теории относительности не подчиняется частной теории относительности. Наличие скорости удаления выше скорости света никак не нарушает частную теорию относительности. По-прежнему верно то, что ничто в пространстве не может двигаться быстрее скорости света.
Вселенная расширяется с одинаковой скоростью во всех направлениях
Ранее наблюдения за взрывающимися звездами также показали, что скорость расширения Вселенной возрастает со временем.
Чтобы проверить, происходит ли это расширение в разных частях неба, ученые исследовали более 1000 взрывающихся звезд, называемых сверхновыми типа 1а, которые детонируют с известной яркостью. Измеряя степень растяжения света сверхновых при расширении пространства, исследователи могут оценить, насколько быстро расширяется Вселенная, и посмотреть, отличаются ли эти данные от ожидаемых при равномерном расширении.
Даже в идеально равномерно расширяющейся Вселенной в данных обязательно должен быть небольшой шум — своего рода случайное дрожание. Предыдущие анализы основывались на компьютерном моделировании для оценки ожидаемого шума. Но создать полностью соответствующее реальности моделирование для получения надежных результатов очень сложно, — говорит теоретик-космолог Драган Хутерер из Мичиганского университета в Анн-Арборе. Поэтому Хутерер и его коллеги вместо этого использовали скремблированную версию данных о сверхновой, чтобы измерить, какой уровень шума ожидать, — этот метод более надежный.
Результаты подтверждают понимание космологами Вселенной. Согласно теории инфляции, вселенная расширялась чрезвычайно быстро сразу после Большого взрыва. Считается, что это расширение происходило одинаково во всех направлениях, создавая равномерное распространение вселенной сегодня.
С какой скоростью распространяется вселенная
15:09 09.03.2021 (обновлено: 15:40 09.03.2021)
https://ria.ru/20210309/vselennaya-1600472715.html
Астрономы уточнили скорость расширения Вселенной
Астрономы уточнили скорость расширения Вселенной — РИА Новости, 09.03.2021
Астрономы уточнили скорость расширения Вселенной
Используя новый метод оценки космических расстояний на основе измерения средней яркости звезд в гигантских эллиптических галактиках, астрономы получили. РИА Новости, 09.03.2021
2021-03-09T15:09
2021-03-09T15:09
2021-03-09T15:40
астрономия
космос — риа наука
астрофизика
МОСКВА, 9 мар — РИА Новости. Используя новый метод оценки космических расстояний на основе измерения средней яркости звезд в гигантских эллиптических галактиках, астрономы получили уточненное значение скорости расширения локальной Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.Скорость расширения Вселенной — один из ключевых параметров космологии. С увеличением расстояния от Земли она возрастает благодаря действию темной энергии, природа которой до сих пор остается загадкой. Коэффициент, который связывает расстояние до любого внегалактического объекта со скоростью его удаления, называется постоянной Хаббла, или H0. По своей физической сути это локальное ускорение, выраженное в километрах в секунду на мегапарсек.Постоянная Хаббла входит в базовые уравнения космологии, описывающие эволюцию Вселенной, но проблема заключается в том, что измерения, произведенные разными методами, дают различные значения этой величины.Традиционно ученые используют для оценки скорости расширения Вселенной два метода расчета: первый базируется на реликтовом излучении, второй — на случайном появлении сверхновых в удаленных галактиках. Согласно первому методу, величина H0 примерно равна 67,4, а по второму — 74. Естественно, астрономы обеспокоены этим несоответствием и постоянно ищут новые способы измерения постоянной Хаббла.Новое значение H0 появилось как побочный продукт обзора близлежащих галактик MASSIVE, в котором ученые используют космические и наземные телескопы для детального изучения 100 самых массивных галактик в пределах примерно 100 мегапарсеков, или 330 миллионов световых лет от Земли.Чтобы получить H0, ученые проекта MASSIVE измерили флуктуации поверхностной яркости 63 гигантских эллиптических галактик и определили расстояние до каждой из них в зависимости от их скорости. Авторы отмечают, что достоинство метода флуктуации поверхностной яркости (SBF) в том, что он не зависит от других параметров или способов наблюдения и может обеспечить более точные оценки расстояний, чем другие методы.»Для измерения расстояний до галактик, удаленных до 100 мегапарсеков, это фантастический метод, — приводятся в пресс-релизе Калифорнийского университета в Беркли слова руководителя исследования, профессора астрономии и физики Ма Чун-Пэй (Chung-Pei Ma). — Это первая работа, которая собирает большой однородный набор данных по 63 галактикам для изучения H0 с помощью метода SBF».Методика, использующая флуктуации поверхностной яркости, — одна из новейших. Она основана на том факте, что гигантские эллиптические галактики — очень древние, имеют постоянную популяцию старых звезд, в основном красных гигантов. С помощью широкоугольной камеры на космическом телескопе «Хаббл» исследователи получили инфракрасные изображения каждой галактики в высоком разрешении и рассчитали, насколько яркость каждого пикселя изображения отличается от средней инфракрасной яркости по всей галактике. Известно, что чем плавнее колебания по всему изображению, тем дальше от нас находится галактика. После внесения поправок на такие дефекты, как яркие области звездообразования, авторы получили расстояния до каждого из 63 объектов.В прошлом году ученые из группы MASSIVE уже опробовали этот метод для определения расстояния до гигантской эллиптической галактики NGC 1453 в южном созвездии Эридана. Результаты нового исследования позволили рассчитать «местное» значение постоянной Хаббла для большого количества галактик.Оно составило 73,3 километра в секунду на мегапарсек, что очень близко к результатам оценки по сверхновым типа Ia — методу, который в космологии считают золотым стандартом. Это означает, что на каждый мегапарсек — 3,3 миллиона световых лет, или три миллиарда триллионов километров — Вселенная расширяется на 73,3 километра в секунду.