Wenn Sie das nächste Mal einen Beerenmuffin essen, denken Sie daran, was mit den Blaubeeren im Teig passiert ist, als die Süße gebacken wurde. Die Blaubeeren lagen an einer Stelle, aber als sich das Brötchen ausdehnte, begannen sich die Beeren voneinander zu entfernen. Wenn Sie auf einer Beere stehen könnten, würden Sie sehen, dass sich alle anderen von Ihnen entfernen, aber das Gleiche gilt für jede andere Beere, die Sie wählen. In diesem Sinne sind Galaxien wie Beeren in einem Cupcake.
Seit dem Urknall hat sich das Universum unerbittlich erweitert. Die seltsame Tatsache ist, dass es keinen einzigen Ort gibt, von dem aus sich das Universum ausdehnt - vielmehr bewegen sich alle Galaxien (im Durchschnitt) von anderen weg. Von unserem Standpunkt in der Milchstraße aus scheint es, dass sich die meisten Galaxien von uns entfernen - als wären wir das Zentrum unseres brötchenartigen Universums. Aber schauen Sie von jeder anderen Galaxie und die Ansicht wird genau die gleiche sein.
Um Sie weiter zu verwirren, legen neue Forschungsergebnisse nahe, dass die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, unterschiedlich sein kann, je nachdem, wie weit Sie in der Zeit zurückblicken. Neue Daten, die im Astrophysical Journal veröffentlicht wurden, zeigen, dass es Zeit ist, unser Verständnis des Raums zu überdenken.
Hubble Geheimnis
Kosmologen charakterisieren die Expansion des Universums durch ein einfaches Gesetz - das Hubble-Gesetz (benannt nach Edwin Hubble). Hubbles Gesetz ist die Beobachtung, dass sich weiter entfernte Galaxien schneller entfernen. Dies bedeutet, dass sich nahegelegene Galaxien relativ langsam bewegen.
Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Entfernung zur Galaxie wird durch die "Hubble-Konstante" - 70 km / s / Mpc bestimmt. Dies bedeutet, dass sich die Galaxie pro Million Lichtjahre ungefähr 90.000 km pro Stunde von uns entfernt.
Diese Expansion des Universums, bei der sich nahegelegene Galaxien langsamer entfernen als entfernte Galaxien, wird von einem sich gleichmäßig ausdehnenden Raum mit dunkler Energie (eine unsichtbare Kraft, die die Expansion des Universums beschleunigt) und dunkler Materie (eine unbekannte und unsichtbare Form von Materie, die fünfmal größer als gewöhnlich ist) erwartet. Das gleiche kann bei einem Muffin mit Beeren beobachtet werden.
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Die Geschichte der Messung der Hubble-Konstante ist voller Schwierigkeiten und unerwarteter Enthüllungen. Im Jahr 1929 glaubte Hubble selbst, dass sein Wert in der Größenordnung von 600.000 km / h pro Million Lichtjahre liegen sollte - etwa zehnmal mehr als derzeit gemessen. Versuche, die Hubble-Konstante über die Jahre genau zu messen, haben zur unbeabsichtigten Entdeckung der Dunklen Energie geführt. Das Finden von Informationen über diese mysteriöse Art von Energie, die 70% der Energie im Universum ausmacht, inspirierte den Start des besten Weltraumteleskops der Welt (bis heute), benannt nach Hubble.
Der Haken ist, dass die Ergebnisse der beiden genauesten Messungen nicht übereinstimmen und nicht miteinander korrelieren. Als die kosmologischen Messungen so genau wurden, dass sie den Wert der Hubble-Konstante zeigten, wurde klar, dass dies keinen Sinn ergab. Anstelle von einem haben wir zwei widersprüchliche Ergebnisse.
Einerseits haben wir neue präzise Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds - des Urknall-Nachglühens -, die von der Planck-Mission durchgeführt wurden und die Hubble-Konstante mit 67,4 km / s / Mpc gemessen haben.
Andererseits haben wir neue Messungen von pulsierenden Sternen in nahe gelegenen Galaxien, die ebenfalls unglaublich genau sind und die Hubble-Konstante mit 73,4 km / s / Mpc gemessen haben. Sie sind uns rechtzeitig näher.
Beide Messungen erheben den Anspruch, korrekt und sehr genau zu sein. Die Diskrepanz zwischen den Messungen beträgt ungefähr 500 km pro Stunde und Million Lichtjahre, daher nennen Kosmologen es "Spannung" zwischen zwei Dimensionen - sie strecken die Statistiken in verschiedene Richtungen und sie müssen irgendwo zusammenbrechen.
Neue Physik?
Wie wird es zusammenbrechen? Niemand weiß es im Moment. Vielleicht ist unser kosmologisches Modell falsch. Es ist zu sehen, dass sich das Universum näher an uns ausdehnt, als wir es erwarten würden, ausgehend von weiter entfernten Dimensionen. Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds messen nicht die lokale Expansion, sondern durch ein Modell - unser kosmologisches Modell. Sie war äußerst erfolgreich darin, viele der beobachtbaren Daten im Universum vorherzusagen und zu beschreiben.
Obwohl dieses Modell möglicherweise falsch ist, hat niemand ein einfaches überzeugendes Modell entwickelt, das sowohl dies als auch alles, was wir beobachten, erklären kann. Zum Beispiel könnten wir versuchen, dies mit einer neuen Gravitationstheorie zu erklären, aber dann passen andere Beobachtungen nicht. Oder es könnte durch die neue Theorie der Dunklen Materie oder der Dunklen Energie erklärt werden, aber dann werden andere Beobachtungen nicht funktionieren - und so weiter. Wenn diese "Spannung" mit neuer Physik verbunden ist, muss sie daher komplex und unbekannt sein.
Eine weniger interessante Erklärung wären „unbekannte Unbekannte“in den Daten, die durch systematische Effekte verursacht werden, und eine genauere Analyse wird eines Tages einen subtilen Effekt aufdecken, der übersehen wurde. Oder es könnte nur ein statistischer Zufall sein, der verschwindet, wenn mehr Daten gesammelt werden.
Es ist derzeit unklar, welche Kombination aus neuer Physik, systematischen Effekten oder neuen Daten diese Spannungen lösen wird, aber etwas wird sicherlich klar werden. Das Bild des Universums als expandierender Kuchen kann falsch sein, und Kosmologen sind aufgefordert, ein anderes Bild zu entwickeln. Wenn neue Physik benötigt wird, um die neuen Dimensionen zu erklären, wird das Ergebnis unser Verständnis des Raums verändern.
Ilya Khel
