Wie können wir Hypergeschwindigkeitssterne verwenden, um die Ursprünge des Universums zu bestimmen?

Wie können wir Hypergeschwindigkeitssterne verwenden, um die Ursprünge des Universums zu bestimmen?

Zuallererst sollte ich etwas klarstellen: Unser Wissen über den Urknall ist unglaublich begrenzt, und so kennen wir heute nicht einmal die Ursprünge des Universums. Die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik brechen beide zusammen, je näher Sie kommen$t_0=0$. Alles, was wir wirklich wissen, ist, dass vor 13,8 Milliarden Jahren etwas passiert ist. Wenn wir uns jedoch das expandierende Universum ansehen, können wir extrapolieren, dass der Weltraum vor 13,8 Milliarden Jahren viel weniger ausgedehnt war als heute.

Die Allgemeine Relativitätstheorie legt nahe, dass das Universum in eine Singularität gepackt wäre. Dies ist kein guter Ansatz, da GR solche Bedingungen nicht richtig erklären kann (QM ist dafür besser geeignet, aber das allein kann nicht erklären, wie die Schwerkraft gewirkt hat), sodass wir wirklich nicht die geringste Ahnung haben, was passiert ist Vor 13,8 Milliarden Jahren. Trotzdem wissen wir immer noch, wann der Urknall (was auch immer es gewesen sein mag) stattgefunden hat, und das können zukünftige Astronomen vielleicht herausfinden.

Die Idee, die der Artikel aufwirft, ist folgende: In einer Billion Jahren wird die Expansion des Weltraums alle anderen Galaxien aus unserer Sichtlinie vertrieben haben, und die CMB-Strahlung wird zu rotverschoben, um nachweisbar zu sein.

Hypergeschwindigkeitssterne werden jedoch wahrscheinlich außerhalb der Milchstraße (oder besser gesagt Milkomeda) entdeckt. Sobald diese Sterne weit genug vom Gravitationseinfluss der Milkomeda entfernt sind, können wir ihre Beschleunigung aufgrund der Ausdehnung des Weltraums beobachten, so wie wir es heute bei vielen Galaxien tun. Das 4-seitige Papier, auf dem der Artikel basiert, Loeb (2011) , macht dies tatsächlich in einer Grafik deutlich:

Wenn sich die Sterne immer weiter von Milkomeda entfernen, wird die Anziehungskraft der Schwerkraft auf die Sterne schwächer und sie werden durch die Ausdehnung des Weltraums beschleunigt. Das wird sich erst bemerkbar machen, wenn sie etwa 2,3 Megaparsec von der Galaxie entfernt sind. Natürlich werden diese Sterne nicht leicht zu finden sein, aber Loeb erwähnt, dass zukünftige Astronomen bis dahin wahrscheinlich ihre Werkzeuge und Instrumente weiterentwickelt haben werden.

Loeb erklärt, dass wir Hubbles Gesetz bestätigen können, sobald wir ihre Rotverschiebungen mit zunehmender Entfernung beobachten. Danach müssen wir nur noch die notwendigen Parameter messen und können schließlich das Alter des Universums mit der Friedmann-Gleichung berechnen:

$$t_0 = \frac{1}{H_0} F(\Omega_r,\Omega_m,\Omega_\Lambda,\dots)$$

Das ist das Wesentliche. Bis dahin werden die Hypergeschwindigkeitssterne die einzigen extragalaktischen Objekte sein, die nachweisbar sind, und daher werden wir uns auf sie verlassen, um unsere Messungen zu bestätigen.

Interessanterweise erwähnt Loeb, dass die Beobachtung und Analyse der Expansion des Universums zu dieser Zeit einige der Unsicherheiten beantworten würde, die wir heute haben:

Die bisherige Arbeitsannahme war, dass die Vakuumenergiedichte konstant bleibt und nicht über Hunderte von E-Faltungszeiten auf einen niedrigeren Energiezustand abfällt. Die Messung der Dynamik von Hypergeschwindigkeitssternen zu späten kosmischen Zeiten bietet den zusätzlichen Vorteil, dass getestet werden kann, ob die kosmologische Konstante wirklich [ sic ] konstant ist. Gegenteilige Hinweise könnten neue Physik aufdecken, wie sie beispielsweise von sich entwickelnden Modellen der Dunklen Energie berücksichtigt wird.

Obwohl ein Großteil des Universums zu diesem Zeitpunkt nicht beobachtbar sein wird, werden wir ironischerweise mehr Antworten auf die Kosmologie haben als heute, einfach indem wir die wenigen extragalaktischen Objekte beobachten, die sichtbar sein werden.

Dies ist die allgemeine Erklärung dafür, wie wir die Zeit seit dem Urknall finden können. Denken Sie daran, dass wir auch jetzt noch keine Ahnung von den Ursprüngen des Universums haben – es ist ein großes ungelöstes Problem in der Physik. Wir wissen nur, dass vor 13,8 Milliarden Jahren etwas passiert ist. Mithilfe von Hypervelocity-Sternen könnten zukünftige Menschen auch die Zeit seit dem Urknall bestimmen. Machen Sie sich jedoch keine Hoffnungen darauf, dass Menschen 1 Billion Jahre überleben.