Применение СТО на практике для подсчета галактик
У ученых, изучающих космос, есть любимая философия, известная как «принцип посредственности», который, по сути, предполагает, что Земля, Солнце или галактика Млечный Путь на самом деле не являются чем-то особенным по сравнению с остальной Вселенной. Теперь новое исследование Калифорнийского университета в Боулдере добавляет еще одно свидетельство в пользу посредственности: галактики в среднем находятся в покое по отношению к ранней Вселенной. Джереми Дарлинг, профессор астрофизики Калифорнийского университета в Боулдере, недавно опубликовал это новое космологическое открытие в The Astrophysical Journal Letters.
На этом изображении, составленном из фотографий, сделанных с сентября 2003 г. по январь 2004 г. с помощью космического телескопа Хаббл НАСА/ЕКА, показано почти 10 000 галактик на самом глубоком изображении космоса в видимом свете, простирающемся на миллиарды световых лет. Авторы и права: НАСА, ЕКА, С. Беквит (STScI), группа HUDF
«Это исследование говорит нам о том, что у нас есть забавное движение, но это забавное движение согласуется со всем, что мы знаем о Вселенной — здесь ничего особенного не происходит», — сказал Дарлинг. «Мы не особенные как галактика или как наблюдатели».
Примерно 35 лет назад исследователи обнаружили космический микроволновый фон, который представляет собой электромагнитное излучение , оставшееся от формирования Вселенной во время Большого взрыва. Космический микроволновый фон кажется теплее в направлении нашего движения и холоднее в направлении, противоположном нашему движению.
По этому свечению ранней Вселенной ученые могут сделать вывод, что Солнце и Земля, вращающаяся вокруг него, движутся в определенном направлении и с определенной скоростью. Исследователи обнаружили, что предполагаемая нами скорость составляет доли процента от скорости света — мала, но не равна нулю.
Ученые могут независимо проверить этот вывод, посчитав галактики , видимые с Земли, или суммируя их яркость. Они могут сделать это во многом благодаря специальной теории относительности Альберта Эйнштейна 1905 года, которая объясняет, как скорость влияет на время и пространство. В этом приложении человек на Земле, смотрящий во Вселенную в одном направлении — в том же направлении, в котором движутся Солнце и Земля, — должен видеть более яркие, голубые и более концентрированные галактики. Точно так же, глядя в другом направлении, человек должен видеть галактики, которые темнее, краснее и расположены дальше друг от друга.
Но когда в последние годы исследователи попытались подсчитать галактики — процесс, который трудно выполнить точно, — они пришли к цифрам, которые предполагают, что Солнце движется намного быстрее, чем считалось ранее, что противоречит стандартной космологии.
«Трудно сосчитать галактики по всему небу — обычно получается полушарие или меньше», — сказал Дарлинг. «И, кроме того, наша собственная галактика мешает. В ней есть пыль, из-за которой вы будете находить меньше галактик и заставит их выглядеть тусклее по мере приближения к нашей галактике».
Дарлинг был заинтригован и озадачен этой космологической загадкой, поэтому он решил исследовать ее сам. Он также знал, что недавно были выпущены два обзора, которые могут помочь повысить точность подсчета галактик и пролить свет на тайну скоростей: один называется «Обзор неба с очень большой решеткой» (VLASS) в Нью-Мексико, а другой — «Быстрый австралийский обзор». Обследование континуума Pathfinder Array Square Kilometer Array (RACS) в Австралии.
Вместе эти исследования позволили Дарлингу изучить все небо, объединив виды из северного и южного полушарий. Важно отметить, что в новых обзорах также использовались радиоволны , что облегчало «видеть» сквозь пыль Млечного Пути, тем самым улучшая представление о Вселенной.
Когда Дарлинг проанализировал обзоры , он обнаружил, что количество галактик и их яркость полностью согласуются со скоростью, которую исследователи ранее вывели из космического микроволнового фона.
«Мы находим яркое направление и тусклое направление — мы находим направление, где больше галактик, и направление, где галактик меньше», — сказал он. «Большая разница в том, что она совпадает с ранней Вселенной по космическому микроволновому фону и имеет правильную скорость. Наша космология в порядке».
Поскольку результаты Дарлинга отличаются от прошлых результатов, его статья, вероятно, побудит различные последующие исследования подтвердить или опровергнуть его результаты.
Но в дополнение к продвижению области космологии, результаты являются хорошим реальным примером специальной теории относительности Эйнштейна — и они демонстрируют, как исследователи все еще применяют теорию на практике, более чем через 100 лет после того, как знаменитый физик впервые предложил ее.
«Мне нравится идея, что этот основной принцип, о котором давным-давно рассказал нам Эйнштейн, можно увидеть», — сказал Дарлинг. «Это действительно эзотерическая вещь, которая кажется очень странной, но если вы пойдете и посчитаете галактики, вы сможете увидеть этот аккуратный эффект. Это не так эзотерично или странно, как вы могли бы подумать».
