För något som är runt omkring oss är universum ganska svårt att avslöja egenskaper om sig själv. Vi måste vara expertdetektiv när det gäller alla ledtrådar som vi har fått, noggrant lägga ut dem i hopp om att se några mönster. Och ibland stöter vi på motsägelsefulla information som kämpar för att lösas. Ta som ett exempel på svårigheten att bestämma universums ålder.

Hubble Time

1929 var ett landmärkeår för kosmologi. Edwin Hubble, som bygger på flera forskares arbete, kunde inte bara hitta avståndet till långt borta föremål med Cepheid-variabler utan också universums uppenbara ålder. Han noterade att föremål som var längre bort hade en högre rödförskjutning än föremål närmare oss. Detta är en egenskap som är relaterad till Doppler-skiftet, där ljuset för ett objekt som rör sig mot dig är komprimerat och därför blåttskiftat men ett objekt som går tillbaka, har sitt ljus sträckt ut och flyttar det till det röda. Hubble kunde känna igen detta och konstaterade att detta observerade mönster med rödförskjutning bara kunde hända om universum upplevde en expansion. Och om vi spelar den utvidgningen bakåt som en film så skulle allt kondensera till en enda punkt, alias Big Bang. Genom att plotta hastigheten som de röda skiftvärdena indikerar kontra avståndet det aktuella objektet är, kan vi hitta Hubble Constant H o och från det värdet kan vi i slutändan hitta universumets ålder. Det här är helt enkelt tiden sedan Big Bang och beräknas som 1 / H o (Parker 67).

En Cepheid-variabel. |

Distans leder till motsägelser

Innan det fastställdes att universumets expansion växer snabbare, var det en stark möjlighet att det faktiskt avtog. Om detta var så skulle Hubble Time fungera som ett maximalt och därför förlora sin prediktiva kraft för universumets ålder. Så för att hjälpa till med att göra vissa behöver vi massor av data om avståndet till objekt, vilket kommer att hjälpa till att förfina Hubble Constant och därför jämföra olika modeller av universum, inklusive tidsaspekten (68).

För sina distansberäkningar använde Hubble Cepheids, som är välkända för sin period-ljusstyrka-relation. Enkelt uttryckt varierar dessa stjärnor i ljusstyrka med jämna mellanrum. Genom att beräkna denna period kan du hitta deras absoluta storlek som jämförs med dess uppenbara storlek ger oss avståndet till objektet. Genom att använda denna teknik med nära galaxer kan vi jämföra dem med liknande som är för långt borta för att ha några urskiljbara stjärnor och genom att titta på rödskiftet kan man hitta det ungefärliga avståndet. Men genom att göra detta utvidgar vi en metod till en annan. Om något är fel med Cepheid-ideologin, är de avlägsna galaktiska data värdelösa (68).

Och resultaten tycktes antyda detta från början. När de röda förskjutningarna kom in från avlägsna galaxer, har den en H o på 526 kilometer per sekund megaparsek (eller km / (s * Mpc)), vilket innebär en ålder på 2 miljarder år för universum. Geologer var snabba att påpeka att även jorden är äldre än så, baserat på kolavläsningar och andra dateringstekniker från radioaktiva material. Lyckligtvis Walter Baade of the Mt. Wilson Observatory kunde förstå skillnaden. Observationer under andra världskriget visade att stjärnor kunde delas upp i befolkning I kontra befolkning II. De förstnämnda är heta och unga med massor av tunga element och kan lokaliseras i skivan och armarna i en galax, som främjar stjärnbildning genom gaskompression. De senare är gamla och har få till inga tunga element och är belägna i utbuktningen av en galax såväl som ovan och under det galaktiska planet (Ibid).

Så hur räddade detta Hubbles metod? Tja, dessa Cepheid-variabler kan tillhöra någon av dessa klasser av stjärnor, vilket påverkar period-luminositetsförhållandet. I själva verket avslöjade det en ny klass med variabla stjärnor känd som W Virginis-variabler. Med hänsyn till detta separerades stjärnklasserna och en ny Hubble Constant hittades nästan hälften så stor, vilket ledde till ett universum nästan dubbelt så gammalt, fortfarande för lite men ett steg i rätt riktning. År senare fann Allan Sandage från Hale Observatories att många av de antagna Cepheids Hubble som faktiskt var stjärnkluster. Att ta bort dessa gav en ny ålder av universum på 10 miljarder år från en Hubble-konstant på 10 km / s (Mp *), och med den nya tekniken från tiden Sandage och Gustav A. Tannmann från Basil kunde Schweiz komma fram till en Hubblekonstant på 50 km / s och därmed en ålder på 20 miljarder år (68-9).

Ett stjärnkluster. |

Meningar uppstår

Det visar sig att Cepheider antogs ha en strikt linjär relation mellan perioden och ljusstyrkan. Även efter att Sandage avlägsnade stjärnklusterna, kunde en variation av hela storleken hittas från Cepheid till Cepheid baserat på data som samlats in av Shapely, Nail och andra astronomer. 1955 pekade till och med på en trolig icke-linjär relation när observationer från kulakluster hittade en bred spridning. Det visades senare att teamet hittade över variabla stjärnor som inte var Cepheid, men vid tiden var de till och med desperata för att försöka utveckla ny matematik bara för att bevara sina resultat. Och Sandage noterade hur ny utrustning skulle kunna lösa Cepheids Sandage 514-6 ytterligare.

Men andra med modern utrustning kom fortfarande till ett Hubble konstant värde på 100 km / s (Mpc), som Marc Aarsonson från Steward Observatory, John Huchra från Harvard och Jeremy Mold från Kitt Peak. 1979 kom de till sitt värde genom att mäta vikten från rotation. När massan på ett objekt ökar, kommer rotationshastigheten också med tillstånd att bevara vinkelmomentet. Och allt som rör sig mot / bort från ett objekt ger en Doppler-effekt. Faktum är att den enklaste delen av ett spektrum att se en Doppler-förskjutning är vätan på 21 centimeter, vars bredd ökar när rotationshastigheten ökar (för en större förskjutning och sträckning av spektrumet kommer att inträffa under en avtagande rörelse). Baserat på galaxens massa kommer en jämförelse mellan den uppmätta 21 centimeter linjen och vad den borde vara från massan att avgöra hur långt borta galaxen är. Men för att detta ska fungera måste du titta på galaxen exakt på kanten, annars behövs vissa matematikmodeller för en bra tillnärmning (Parker 69).

Det var med denna alternativa teknik som de ovannämnda forskarna följde för sina distansmätningar. Galaxen som man tittade på var i Jungfru och fick ett initialt Hubble konstantvärde på 65 km / s (s * Mpc), men när de tittade i en annan riktning fick ett värde på 95 km / (s * Mpc). Vad i helvete!? Beror Hubble Constant på var du tittar? Gerard de Vaucouleurs tittade på massor av galaxer på 50-talet och fann att Hubble Constant fluktuerade beroende på var du tittade, med små värden runt Virgo supercluster och den största börja. Det fastställdes så småningom att detta berodde på klustermassan och närheten till oss som felaktigt föreställer uppgifterna (Ibid).

Med så mycket oenighet om Hubble Constant, kan en nedre gräns placeras på universumets ålder? I själva verket kan det, för parallaxdata från Hipparcos och simuleringar gjorda av Chaboyer och team, peka på en absolut yngsta möjliga ålder för kulakluster på 11, 5 ± 1, 3 miljarder år gammal. Många andra uppsättningar av data gick in i simuleringen inklusive vit dvärgsekvensanpassning, som jämför spektra för vita dvärgar med de vi känner deras avstånd från parallax. Genom att titta på hur ljuset skiljer sig kan vi mäta hur långt borta den vita dvärgen använder sig av storleksjämförelse och röda skiftdata. Hipparcos kom in i denna typ av bild med sina underdvärgsdata, med samma idéer som den vita dvärgsekvensen passande men nu med bättre data om denna klass av stjärnor (och att kunna ta bort binärer, inte helt utvecklade stjärnor eller misstänkta falska signaler hjälpte saken enormt att hitta avståndet till NGC 6752, M5 och M13 (Chaboyer 2-6, Reid 8-12).

Ytterligare resultat från uppdragen WMAP och Planck, som studerade den kosmiska mikrovågsbakgrunden, placerar en ålder på 13, 82 miljarder år på universum, något som inte stämmer överens med klustrdata. Kan det finnas ett fel med dessa satelliter? Behöver vi leta någon annanstans efter svar? Vi borde verkligen vara beredda på det, för vetenskapen är allt annat än statisk.

Planck-resultaten från CMB. |

Citerade verk

Chaboyer, Brian och P. Demarque, Peter J, Kernan, Lawrence M. Krauss. The Age of Globular Clusters in Light of Hipparcos: Resolving the Age Problem? arXiv 9706128v3.

Parker, Barry. The Age of the Universe. Astronomy Jul 1981: 67-71. Skriva ut.

Reid, Neill. Globular Clusters, Hipparcos och the Age of the Galaxy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 95: 8-12. Skriva ut

Sandage, Allan. Spårande problem i den extragalaktiska distansskalan. The Astrophysical Journal maj 1958, Vol. 127, nr 3: 514-516. Skriva ut.