:: OSEL.CZ :: - O záhadném nesouladu hodnot Hubbleovy konstanty
O záhadném nesouladu hodnot Hubbleovy konstanty  
Již Albert Einstein se musel smířit s tím, že „jeho“ statický vesmír se rozpíná. Současní vědci se musí vypořádat se zjištěním, že se tak děje stále rychleji. Téměř 90 let si astronomové kladou otázku, jak rychle se kosmický prostor zvětšuje a dokonalejší přístroje jim umožňují najít i přesnější odpovědi. Pokud by k výpočtu míry současné vesmírné expanze vedla jediná cesta, měli bychom nyní jeden výsledek s malou přípustnou odchylkou. Jenže k výpočtu Hubbleovy konstanty vedou cesty dvě – jedna přes raný vesmír, druhá přes náš současný kosmický časoprostor. Zatím se nesetkaly u stejné hodnoty.
Využije možností dvou nejvýkonnějších kosmických teleskopů – Hubbleho (NASA) a Gaii (ESA) astronomové získali doposud nejpřesnější hodnotu Hubbleovy konstanty. Gaia umožnila přesnější změření vzdálenosti cefeid v Mléčné dráze a tím k lepší kalibraci těch vzdálenějších. Hubble přispěl kvalitními světelnými křivkami. Kredit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Gaia přehledně (zvětšit kliknutím na obrázek).  Kredit a další info: Institute of Astronomy, University of Cambridge

Hubblův kosmický teleskop (Hubble Space Telescope - HST) nám již bezmála třicet let otvírá okna vesmíru stále více dokořán. Je sice pravdou, že jeho kariéru prodloužily nákladné servisní mise, přesto jde o obdivuhodnou létající observatoř na dálkové ovládání. Hubble ale zdaleka není ve vesmíru sám. Seznam kosmických teleskopů pracujících v různých oblastech elektromagnetického spektra, nebo se specifickým zaměřením, bývalých, současných i těch s již naplánovaným startem, je ZDE.

Mezi těmi současnými je i zajímavá, sofistikovaná astrometrická observatoř Gaia. Po sondách WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe; 2001 - 2010), Herschel (2009 – 2013) a Planck (2009 – 2013) je jejím stanovištěm Lagrangeův librační bod L2, kde trvale ukryta ve stínu Země, nerušená světlem a teplem Slunce, může plnit své poslání – s doposud nejvyšší přesností měřit polohy a vzdálenosti zejména hvězd, ale i některých asteroidů, komet, kvasarů nebo exoplanet. Výsledkem bude 3D mapa Galaxie s údaji o více než miliardě objektů.

 

V každé soustavě dvou hmotných těles obíhajících kolem společného barycentra existuje 5 bodů  Lagrangeovy librační body (centra), v nichž se vzájemně vyrovnává gravitační působení obou těles a odstředivá síla daná rotací. V soustavě Slunce – Země jsou zejména dvě místa vhodná na umístění výzkumných družic. Body L1 a L2 se nacházejí na spojnici Slunce – Země, ve vzdálenosti necelých 1,5 milionu km od planety. V L1 Země nikdy nezastíní Slunce, proto je určen družicím na výzkum naší hvězdy (SOHO). V L2 je díky zemskému stínu stále noc, družice může nerušeně sledovat oblohu a navíc není vystavena periodické změně teploty (nyní Gaia). Kredit: NASA

 

Dosavadní měření Gaii v kombinaci s pozorováním Hubbleova teleskopu umožnila astronomům opět upřesnit hodnotu Hubbleovy konstanty, tedy míry expanze vesmíru. Udává, jak se mění rychlost rozpínajícím se prostorem unášených objektů se vzdáleností od pozorovatele.

 

 

 

Mapa reliktního zářeni
Mapa reliktního zářeni pořízena sondou Planck. Barevně zvýrazněné malé tepelné fluktuace korelují s nehomogenitami v rozložení hmoty. Kredit:ESA/Planck Collaboration

 

Přes rok staré video odhaluje znepokojivý nesoulad mezi hodnotami Hubbleovy konstanty určenými dvěma nezávislými metodami. Jedna metoda vychází z nehomogenit v reliktním záření, jež je vychladlou vzpomínkou na žhavé mládí vesmíru, na okamžik asi 380 000 let po Velkém třesku, kdy po vzniku neutrálních atomů mohlo světlo poprvé volně pronikat prostorem. Dnes tyto prvotní fotony registrujeme ze všech směrů v podobě téměř homogenního mikrovlnného záření o teplotě pouhých 2,726 K.  Zatím nepřesněji ho v letech 2009 až 2013 zmapovala úspěšná sonda Planck. Teplotní fluktuace v mapě reliktního záření odpovídají hustotním nehomogenitám v prapůvodním rozložení běžné baryonové hmoty, která se zářením interaguje. Protože rozpínání vesmíru ovlivňuje velikost těchto anomálií, jejich analýza pomáhá pochopit, jak se mladý vesmír vyvíjel do stadia, v jakém ho pozorujeme dnes a určit kosmologické parametry. Hubbleova konstanta, která vychází z těchto předpokladů a výpočtů, má hodnotu 67 km za sekundu na megaparsek. Tedy bez ohledu, z kterého místa vesmíru bychom měřili, zjistili bychom, že po každých přibližně 3,086 x 1019 km (necelých 3,3 miliony světelných let) se vlivem rozpínání prostoru objekty od nás vzdalují o 67 km za sekundu rychleji.

 

Jak se postupně upřesňuje hodnota Hubbleovy konstanty, zvýrazňuje se i nesoulad mezi výsledky získanými analýzou fluktuací reliktního záření a měřením parametrů cefeid a supernov Ia . Credit: ESA/Planck Collaboration
Jak se postupně upřesňuje hodnota Hubbleovy konstanty, zvýrazňuje se i nesoulad mezi výsledky získanými analýzou fluktuací reliktního záření a měřením parametrů cefeid a supernov Ia . Credit: ESA/Planck Collaboration

Tato hodnota se sice podobá výsledku 67 ± 3,2 km/s/Mpc získanému analýzou baryonových akustických oscilací (ZDE), které také souvisejí s raným vesmírem, liší se však od výsledků metody založené na měření v našem současném kosmickém okolí – pomocí tzv. standardních kosmických svíček – jednak cefeid, proměnných hvězd s periodickou pulzací objemu a jasnosti, a pak supernov typu Ia. Recentní měření hodnot červeného posuvu světla, které vyzařují, tedy rychlostí, jakými se od nás tyto objekty vzdalují  a vzdáleností, v nichž se nacházejí, tvrdošíjně nabízejí jen větší míru expanze, od hodnoty 72 km/s/Mpc výše (ZDE).

 

Na řadě těchto výzkumů se podílel Adam Riess, astrofyzik z baltimorské Univerzity Johnse Hopkinse, jenž se v roce 2011, ve svých 41 letech, podělil s Brianem P. Schmidtem a Saulem Perlmutterem o Nobelovu cenu za fyziku za důkaz, že vesmír se rozpíná stále rychleji. Toto překvapivé zjištění si při našich současných poznatcích vynutilo zavedení temné energie, která jako jakési velice řídké, zatím i velmi tajemné fyzikální fluidum prostupuje kosmickým prostorem a akceleruje jeho expanzi. Adam Riess šéfoval například týmu, který v roce 2011 uveřejnil výsledky měření pomocí širokoúhlé kamery Wide Field Camera 3 (WFC3) Hubbbleova teleskopu, která snímá ve viditelné i infračervené oblasti světelného spektra. Z pozorování galaxií, v nichž se nacházejí jak supernovy Ia, tak cefeidy, získal výsledných 74,8 ± 3,1 km s−1 Mpc−1 (ZDE).

 

Laureát Nobelovy ceny, Adam Riess, patří mezi nejuznávanější současné astronomy. Zabývá se zejména výzkumem rozpínání vesmíru. Kredit: Johns Hopkins University
Laureát Nobelovy ceny, Adam Riess, patří mezi nejuznávanější současné astronomy. Zabývá se zejména výzkumem rozpínání vesmíru. Kredit: Johns Hopkins University

Letos v březnu  Riess s kolegy zveřejnili mírně odlišnou hodnotu Hubbleovy konstanty: 73,48 ± 1,66 km s−1 Mpc−1 nejistotou měření 2,3 %. Vstupní data poskytla opět kamera WFC3. Z dlouhodobého, několika etapového mapování oblohy ve viditelném a infračerveném světle astronomové vybrali potřebné informace spjaté s některými dlouhoperiodickými cefeidami v Mléčné dráze. Pak vypočetli jejich vzdálenosti trigonometricky pomocí paralax. Výsledky vědci použili k přesnější kalibraci cefeid v jiných galaxiích, jejichž vzdálenost už nelze geometrickou metodou stanovit. Tím upřesnili i vzdálenosti supernov Ia v těchto galaxiích, což pomohlo při kalibraci podobných supernov v ještě vzdálenějších galaxiích, v nichž na cefeidy už nedohlédneme. Pro určení Hubbleovy konstanty jsou kromě vzdáleností potřebné i rychlosti, jimiž se od nás sledované hvězdy vzdalují. Ty prozrazují rudé posuvy jejich záření, díky kterému je vlastně vidíme.

 

Nejnovější článek, zveřejněn 10. července v The Astrophysical Journal (ZDE), je vlastně dalším krokem stejným směrem. Zatímco velice přesné fotometrické údaje (zdánlivou jasnost, periodicitu) tentokráte až padesáti dlouhoperiodických cefeid Mléčné dráhy opět poskytl Hubbleův dalekohled, doposud nejpřesnější paralaxy, a tedy podklady pro výpočty vzdáleností těchto hvězd, zajistila astrometrická sonda Gaia. Když astronomové nová data použili na kalibraci vesmírného žebříku vzdáleností ve studii publikované již v roce 2016 (ZDE), původně stanovená hodnota Hubbleovy konstanty H0 = 73,24 ± 1,74 km s−1 Mpc−1 se změnila jen nepatrně na H0 = 73,52 ± 1,62 km s−1 Mpc−1 a nejistota měření klesla z 2,4 % na 2,2 %. I když Riessův tým plánuje využít nová měření Gaii a určit ještě přesněji hodnotu Hubbleovy konstanty s nejistotou měření pod jedno procento, je nanejvýš nepravděpodobné, že by to ovlivnilo nesoulad mezi těmito výpočty míry vesmírné expanze a hodnotami získanými analýzou fluktuací reliktního záření.

"Zdá se, že rozpor narostl do úplné neslučitelnosti mezi našimi pohledy na raný a současný vesmír," uvedl Adam Reis. "V tomto okamžiku je zřejmé, že nejde jednoduše o nějakou hrubou chybu v některém z měření. Je to jako kdybyste z růstového diagramu předpověděli, do jaké výšky dítě vyroste, a pak zjistili, že jako dospělý člověk výrazně převýšil předpovězenou hodnotu. Hodně nás to mate."

Nám laikům se sice rozdíl mezi hodnotami 67a 73 km/s/Mpc nezdá nijak zásadní, pro astronomy je však signálem, že něčemu ne zcela rozumí. Je pravděpodobné, že problém má na svědomí temná energie, případně temná hmota. Jedna z nich mohla například ovlivnit vývoj raného vesmíru nám zatím neznámým způsobem. Vesmír stále ukrývá tolik vzrušujících tajemství a výzev.

Astronomický vzdálenostní žebřík: U relativně blízkých cefeid v Mléčné dráze lze vzdálenost změřit trigonometricky pomocí paralax, což nyní pomáhá upřesnit sonda Gaia. Výsledky pak slouží ke kalibraci cefeid v jiných galaxiích, v nichž se nacházejí také supernovy typu Ia. Upřesnění těchto vzdáleností pak pomáhá kalibrovat supernovy Ia a určit vzdálenost i těch dalekých, v jejichž okolí již na žádné cefeidy nedohlédneme.

Kredit: A. Field (STScl)/A. Riess (STScl/JHU)/NASA/ESA

Využitím možností dvou nejvýkonnějších kosmických teleskopů – Hubbleho (NASA) a Gaii (ESA) astronomové získali doposud nejpřesnější hodnotu Hubbleovy konstanty. Gaia umožnila přesnější změření vzdálenosti cefeid v Mléčné dráze a tím i lepší kalibraci těch vzdálenějších. Hubble přispěl kvalitní fotometrií.

Kredit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

 

 

Doplňková vzdělávací videa:

Měření paralaxy, definice parseku

Cefeidy – vysvětlení určení vzdáleností

Animace supernovy Ia

 

Zdroj: NASA News

The Astrophysical Journal

Datum: 19.07.2018
Tisk článku

Conditio humana - Storchová Lucie
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 220 Kč
cena: 184 Kč
Conditio humana
Storchová Lucie
Související články:

Na Hubblovu konstantu pomocí baryonových akustických oscilací     Autor: Dagmar Gregorová (29.07.2011)
Spitzerův infradalekohled proměřil Hubbleovu konstantu     Autor: Stanislav Mihulka (11.10.2012)
Co když se vesmír vlastně nerozpíná?     Autor: Stanislav Mihulka (27.08.2013)
Rozpínání vesmíru přesně změřeno díky kvasarům     Autor: Stanislav Mihulka (18.04.2014)
Vesmír se rozpíná rychleji, než se očekávalo     Autor: Stanislav Mihulka (04.06.2016)
Nově objevená přízračná galaxie šokovala: Postrádá temnou hmotu     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2018)



Diskuze:

Ja v tom reliktním záření "vidím" spirálu

Karel Rabl,2018-07-20 16:17:17

Takže jak jsem psal posledně, že by se měli astronomové zabývat reliktním zářením"rychlostí", ještě bych to navýšil o ty "cefeidy", které při stejné vzdálenosti by na různých místech vesmíru měly trochu odlišné rychlosti "vzdalování", což by ještě více podpořilo mou myšlenku nexpanze (pádu celého vesmíru) do čtvrtého rozměru. Uvědomme si že nevidíme skutečnost, ale jen malý díl"viditelný vesmír" proto taky ty vzdálenosti od nás jsou zdánlivě všude stejné podle mně laika špatně interpretované jako "velký třesk" a jen malé odchylky o normálu nám mohou ukázat další "skládačku".

Odpovědět

Hubblova konstanta

Pavel Ouběch,2018-07-20 10:02:05

Možná by neškodilo připomenout, že hodnota Hubblovy konstanty určená z pozorování reliktního záření - zmíněných 67 km/s/Mpc - je hodnota kalibrovaná podle standardního modelu LCDM. Jinými slovy, podle tohoto modelu by hodnota H měla dnes být 67 km/s/Mpc.
Pokud by se změnil model, bude to úplně jinak.
Nejspíš tedy s modelem LCDM, který je dnes brán jako standardní, není něco v pořádku. Neodpovídá experimentu (pozorování).

Odpovědět

konstanty

Davidx Brazina,2018-07-20 01:08:55

A kde je dukaz ze pomer konstant je konstantni... tak proc by to muselo byt konstantni pro higgse?

Odpovědět


Re: konstanty

Milan Krnic,2018-07-21 16:48:53

Důkazy čehokoli nejsou potřeba. Astronomové vědí a rozumí, jen "něčemu ne zcela".
Ono když ani na hypotézu to nedá, tak co s tím také jiného ...

Odpovědět


Re: Re: konstanty

Davidx Brazina,2018-07-23 01:59:09

Proste je tohle postavene na vode a predpoklada se neco, co vubec nema duvod tak byt. Docela me i fascinuje to tvrzni, ze rekliktni zareni je homogenni. To kazdy kdo se na to diva je barvos;e[y? ja tedy tam zadnou homogenitu nevidim... muze mi nekdo vzsvetlit v cem ta homogenita spociva?

Odpovědět


Re: Re: Re: konstanty

Josef W,2018-07-23 08:31:06

Ta homogenita spočívá v tom, že ze všech směrů je tohle mikrovlnné pozadí v podstatě stejné, s odchylkami pouhách stotisícin Kelvinu. Kdyby v těch publikovaných mapách reliktního záření byl rozdíl mezi tmavomodrou a červenou třeba tisícina Kelvinu, byla by celá plocha jednolitě jednobarevná.
https://www.aldebaran.cz/zvuky/blyskani/docs/33.html

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: konstanty

Milan Krnic,2018-07-23 21:08:02

Touha interpretovat. Někoho to baví, a někoho baví výsledky interpretací v kombinaci s fantazií ("Vesmír stále ukrývá tolik vzrušujících tajemství a výzev."). Někdo se tím dokáže uspokojivě živit, někdo (i) bavit, atp., tak co z toho, že vědu v tomto tématu provozovat nelze, protože není byť limitně malá šance na ověření. Je to pěkné, a nějaký vedlejší přínos (do běžného života, mimo duchařiny) se najde také, a v řadě neposlední je zaměstnanost, tedy proč ne - já si v tom nacházím starty raketek, v oblasti příběhů ale vede filmařina :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: konstanty

Davidx Brazina,2018-07-24 02:20:16

tisiciny. Ale na druhou stranu, když si uvědomíte, ze je to na téměř nulové objemu, pak í to je hodně, nebo se pletu?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: konstanty

Josef W,2018-07-24 08:02:23

Nulovém objemu?
Vesmír byl v době uvolnění záření stejně nekonečný, jako dnes, o nějakém definovaném "objemu" tedy těžko může být řeč. Lepší model nemáme, ale třeba jednou bude. Pokud vím, tak představa počáteční "singularity" s nulovým objemem a nekonečnou hustotou a teplotou, patří do Blesku a AHA :o)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: konstanty

Davidx Brazina,2018-07-24 23:43:05

Kdyby nebylo te posledni vety, byl by to ok prispevek....
v kazdem pripade nemate pravdu, nekonecny byl prostor stlaceny do nuloveho objemu. vzdyt nskonec tato nehomogenita stoji za strukturou toho co vidime dnes. predpokladam, ze asi nebudete tvrdit, ze v dobe velkeho tresku, byl vesmir homogenni, vzhledem k prevaze castic nad anticasticemi je to nesmysl.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: konstanty

Davidx Brazina,2018-07-24 23:54:59

a abych to podlozil, preposilam clanek, ktery vysel na zoommagazinu, ktery neni AHA ani Blesk https://zoommagazin.iprima.cz/vesmir/prelom-vedci-zaslechli-ozvenu-velkeho-tresku-nobelovka-je-nemine

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: konstanty

Josef W,2018-07-25 11:11:02

Reliktní záření, o jehož homogenitě se bavíme skrzevá vaší poznámku o barvosleposti (ta byla jistě OK), vzniklo téměř 400 tisíc let po té velké anihilaci.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: konstanty

Pavel Nedbal,2018-07-27 20:00:21

Pokud se nemýlím, bylo to někdy na Aldebaranu, pohybujeme se rychlostí cca 600km/s vůči pozadí reliktního záření, což bylo ze zobrazení odečteno. Nikoliv však vysvětleno.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace