НАСА празнува откриването на нова вселена от Едуин Хъбъл

Ваня Милева Последна промяна на 17 януари 2025 в 09:11 18463 0

 галактиката Андромеда

Кредит NASA, ESA, Hubble Heritage Project (STScI, AURA)

В чест на откритието на Едуин Хъбъл на променлива звезда от клас цефеида, наречена V1, в съседната галактика Андромеда преди 100 години, астрономите си партнират с Американската асоциация на наблюдателите на променливи звезди (AAVSO), за да проучат звездата. Наблюдателите на AAVSO проследяват V1 в продължение на шест месеца, създавайки графика или крива на светлината на ритмичното нарастване и спадане на светлината на звездата. Въз основа на тези данни космическият телескоп Хъбъл трябва да улови звездата при най-слабата и ярка светлина. Наблюденията на Едуин Хъбъл върху V1 стават критичната първа стъпка в разкриването на по-голяма, по-голяма вселена, отколкото някои астрономи са си представяли по онова време. Веднъж отхвърлени като близка "спирална мъглявина", измерванията на Андромеда с вградената в нея звезда цефеида служат като звезден километричен камък. Това окончателно показва, че Андромеда е далеч извън нашия Млечен път. Едуин Хъбъл продължава да измерва разстоянията до много галактики отвъд Млечния път, откривайки променливи цефеиди в тези нива. Скоростите на тези галактики от своя страна му позволяват да определи, че Вселената се разширява.

За хората най-важната звезда във Вселената е нашето Слънце. Втората по важност звезда е сгушена в галактиката Андромеда. Не я търсете - трептящата звезда се намира на 2,2 милиона светлинни години от нас и е 1/100 000 от яркостта на най-слабата звезда, видима за човешкото око.

И все пак преди един век откриването ѝ от Едуин Хъбъл, тогава астроном в обсерваториите Карнеги, отвори очите на човечеството за това колко голяма е всъщност Вселената и разкри, че нашата галактика Млечен път е само една от стотиците милиарди галактики във Вселената, което постави началото на възрастта на хората като любопитен вид, който може да размишлява научно върху собственото си мироздание чрез посланието на звездната светлина. Карнеги Сайънс и НАСА отбелязват тази стогодишнина на 245-ата среща на Американското астрономическо общество във Вашингтон, окръг Колумбия.

Тази на пръв поглед невзрачна звезда, наречена просто V1, отвори кутията на Пандора, пълна със загадки за времето и пространството, които и днес са предизвикателство за астрономите. С помощта на най-големия телескоп в света по онова време - 100-инчовия телескоп Хукър в обсерваторията Маунт Уилсън в Калифорния, финансиран от Карнеги, Хъбъл открива скромната звезда през 1923 г. Този рядък вид пулсираща звезда, наречена променлива звезда тип цефеида, се използва като километричен камък за далечни небесни обекти. В Космоса не съществуват рулетки, но в началото на XX век Хенриета Суон Левит открива, че периодът на пулсация на променливите звезди цефеиди е пряко свързан с тяхната светимост.

Едуин Хъбъл, кадър от подкаст. Кредит: Hubble ESA

Дълго време много астрономи са смятали, че краят на Млечния път бележи края на цялата Вселена. Но Хъбъл установява, че V1, разположена в "мъглявината" Андромеда, се намира на разстояние, което далеч надхвърля всичко в нашата галактика Млечен път. Това довело Хъбъл до смайващото разбиране, че Вселената се простира далеч отвъд нашата собствена галактика.

Всъщност Хъбъл е подозирал, че там има по-голяма вселена, но ето че се появява пряко доказателство. Той бил толкова изумен, че надраскал възклицателен знак върху фотографската плака на Андромеда, която посочвала променливата звезда.

В резултат на това науката космология избухва почти за една нощ. Съвременникът на Хъбъл, изтъкнатият харвардски астроном Харлоу Шапли, след като Хъбъл го уведомил за откритието, бил съкрушен. "Ето писмото, което унищожи моята вселена", оплаква се той на колегата си астроном Сесилия Пейн-Гапошкин, която е в кабинета му, когато отваря съобщението на Хъбъл.

Само три години по-рано Шапли представя своята наблюдателна интерпретация на една много по-малка Вселена по време на дебат една вечер в Смитсъновия музей по естествена история във Вашингтон. Той е твърдял, че галактиката Млечен път е толкова огромна, че трябва да обхваща цялата Вселена. Шапли е настоявал, че загадъчно размитите "спирални мъглявини" като Андромеда са просто звезди, които се формират в периферията на Млечния път, и са несъществени.

Хъбъл не е могъл да си представи, че 70 години по-късно един необикновен телескоп, наречен на негово име, издигнат на стотици мили над Земята, ще продължи неговото наследство. Великолепният телескоп превръща "Хъбъл" в нарицателно, в синоним на забележителна астрономия.

Днес космическият телескоп "Хъбъл" на НАСА разширява границите на познанието над 10 пъти по-далеч, отколкото Едуин Хъбъл някога е могъл да види. Космическият телескоп повдигна завесата на една завладяваща вселена, пълна с активни звезди, сблъскващи се галактики и черни дупки, сред небесните фойерверки на взаимодействието между материята и енергията.

Едуин Хъбъл е първият астроном, който предприема първите стъпки, довели в крайна сметка до космическия телескоп Хъбъл, разкриващ привидно безкраен океан от галактики. Той смята, че въпреки изобилието им, галактиките имат само няколко специфични форми: спирали с формата на въртящи се перки, елиптични галактики с формата на футболна топка и странни неправилни галактики. Смяташе, че те могат да бъдат ключ към еволюцията на галактиките, но отговорът трябваше да почака до легендарното дълбоко поле на космическия телескоп "Хъбъл" през 1994 г.

Хъбъл откри четири различни типа галактики: елиптични, спирални, спирални с прегради и неправилни. Кредит: Hubble NASA

Най-впечатляващото откритие, което анализът на Едуин Хъбъл показва, е че колкото по-далечна е галактиката, толкова по-бързо изглежда, че тя се отдалечава от Земята. Вселената изглеждала така, сякаш се разширява като балон. Това се основа на факта, че Хъбъл обвързва разстоянията между галактиките с почервеняването на светлината - червеното отместване - което пропорционално нараства, колкото по-далеч са галактиките.

Данните за червеното отместване са събрани за първи път от астронома от обсерваторията Лоуел Весто Слифър (Vesto Slipher), който десетилетие преди Хъбъл изучава спектроскопски "спиралните мъглявини". Слифър не е знаел, че те са извънгалактични, но Хъбъл е направил тази връзка. Слифър за първи път интерпретира своите данни за червеното отместване като пример за ефекта на Доплер. Това явление се дължи на това, че светлината се разтяга на по-дълги и червени вълни, ако източникът се отдалечава от нас. За Слифър било любопитно, че всички спирални мъглявини изглежда се отдалечават от Земята.

Две години преди Хъбъл да публикува своите открития, белгийският физик и йезуитски свещеник Жорж Льометр анализира наблюденията на Хъбъл и Слифер и пръв стига до заключението, че Вселената се разширява. Тази пропорционалност между разстоянията и червените отмествания на галактиките днес се нарича закон на Хъбъл- Льометр.

Тъй като изглежда, че Вселената се разширява равномерно, Льометр осъзнава, че скоростта на разширяване може да се върне назад във времето - подобно на превъртане на филм - докато Вселената стане невъобразимо малка, гореща и плътна. Едва през 1949 г. терминът "Голям взрив" става модерен.

За калибриране на относително къси разстояния астрономите наблюдават променливите цефеиди. Това са пулсиращи звезди, които избледняват и изсветляват със скорост, която е пропорционална на истинската им яркост и това свойство позволява на астрономите да определят разстоянията до тях. Изследователите са калибрирали разстоянията до цефеидите, използвайки основна геометрична техника, наречена паралакс. С широкоъгълната камера 3 на Хъбъл (WFC3) те разширяват измерванията на паралакса по-далеч, отколкото бе възможно преди, в галактиката Млечен път. За да получат точни разстояния до близките галактики, астрономите след това търсят галактики, съдържащи както цефеиди, така и свръхнови тип Ia. Свръхновите тип Ia винаги имат една и съща присъща яркост и също така са достатъчно ярки, за да се видят на относително големи разстояния. Чрез сравняване на наблюдаваната яркост на двата вида звезди в тези близки галактики, астрономите биха могли да измерят точно истинската яркост на свръхновата. С помощта на това калибрирано стъпало на стълбата на разстоянията е изчислено точното разстояние до допълнителни 300 свръхнови тип Ia в далечни галактики. Те сравняват тези измервания на разстоянието с това как светлината от свръхновите се разтяга до по-дълги дължини на вълната от разширяването на пространството. И накрая, те използват тези две стойности, за да изчислят колко бързо се разширява Вселената с времето, наречена константа на Хъбъл. Кредит: NASA,ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)

Това е облекчение за съвременника на Едуин Хъбъл, Алберт Айнщайн, който заключава, че Вселената не може да остане неподвижна, без да се имплодира под въздействието на гравитацията. Скоростта на космическото разширение вече е известна като константата на Хъбъл.

По ирония на съдбата самият Хъбъл никога не е приел напълно "разширяващата се вселена" като интерпретация на данните за червеното отместване. Той подозирал, че някакъв неизвестен физичен феномен създава илюзията, че галактиките се отдалечават една от друга. Отчасти е бил прав, тъй като Специалната теория на относителността на Айнщайн обяснява червеното отместване като ефект на разширяване на времето, който е пропорционален на разтягането на разширяващото се пространство. Галактиките само изглеждат, че се приближават през Вселената. Вместо това пространството се разширява.

След десетилетия на прецизни измервания се появи телескопът Хъбъл, който точно определя скоростта на разширяване, давайки на Вселената възраст от 13,8 милиарда години. Това изисква да се установи първото стъпало от така наречената от астрономите "стълба на космическите разстояния", необходима за построяване на мерило за отдалечените галактики. Те са братовчеди на V1, променливи звезди от типа цефеиди, които телескопът "Хъбъл" може да открие на повече от 100 пъти по-голямо разстояние от Земята, отколкото звездата, която Едуин Хъбъл намира за първи път.

Стандартни свещи (вляво) и стандартни линийки (вдясно) са две различни техники, използвани от астрономите за измерване на разширяването на пространството в различни времена/разстояния в миналото. Въз основа на това как величини като осветеност или ъглов размер се променят с разстоянието, може да се направи извод за историята на разширяването на Вселената. Използването на метода на свещите е част от стълбата на разстоянията, което дава 73 km/s/Mpc. Използването на линийката е част от метода на ранния сигнал, което дава 67 km/s/Mpc. С новите данни на космическия телескоп "Джеймс Уеб" мистерията около скоростта на разширяване на Вселената се задълбоава още повече. Кредит NASA/JPL-Caltech

Астрофизиката отново се преобръща през 1998 г., когато телескопът "Хъбъл" и други обсерватории откриват, че Вселената се разширява с все по-бързи темпове чрез явление, наречено "тъмна енергия". Айнщайн пръв се заиграва с идеята за отблъскваща форма на гравитация в пространството, като я нарича космологична константа.

Още по-загадъчно е, че сегашната скорост на разширяване се различава от тази, която съвременните космологични модели на развиващата се Вселена биха предвидили, което допълнително обърква теоретиците. Днес астрономите се борят с идеята, че това, което ускорява Вселената, може да се променя с течение на времето. Космическият телескоп на НАСА "Роман" (на името на Нанси Грейс Роман), който има възможност да прави мащабни космически проучвания, би трябвало да доведе до нови прозрения за поведението на тъмната материя и тъмната енергия. Роман вероятно ще измерва константата на Хъбъл чрез свръхнови, видяни през гравитационни лещи.

Това грандиозно стогодишно приключение, навлизащо в дълбините на непознатото, започна с фотографирането от Хъбъл на голямо петно светлина - галактиката Андромеда - в обсерваторията Маунт Уилсън високо над Лос Анджелис.

Накратко, Едуин Хъбъл е човекът, който изличи древната вселена и откри нова вселена, която ще свие представата на човечеството за себе си до незначителна частица в космоса.

Източник: NASA celebrates Edwin Hubble's discovery of a new universe, Ray Villard, ESA/Hubble Information Centre

    Най-важното
    Всички новини
    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !