Tähtitiede

Onko tähtitieteilijöillä aavistustakaan, kuinka suuri osa galaksimme tähdistä liikkuu taaksepäin kiertävillä kiertoradoilla?

Onko tähtitieteilijöillä aavistustakaan, kuinka suuri osa galaksimme tähdistä liikkuu taaksepäin kiertävillä kiertoradoilla?

Huomasin äskettäin, että yksikään aurinkokuntamme planeetoista ei kiertää aurinkoa taaksepäin. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että ne muodostuivat liikkumalla samaan suuntaan kuin planeettakiekko Auringon suhteen.

Onko tähtiä, jotka siirtyvät taaksepäin Linnunradan galaksin pyörimiseen? Jos on, mihin ne ovat keskittyneet ja miksi?


Noin kaksi kolmasosaa Linnunradan arviolta 100 miljardista tähdestä asuu levyllä, ja nämä kaikki liikkuvat suorilla kiertoradoilla. Suurin osa jäljellä olevasta kolmanneksesta on jalkapallon muotoisessa keskushermostossa, ja vaikka niiden kiertoradat ovatkin vaihtelevammat, keskimäärin he ovat myös suoria. Muutama prosenttiosuus galaksimme tähdistä miehittää valtava, pallomainen halo. Nämä kulkevat satunnaisesti jaetuilla kiertoradoilla - vastaavasti, puolet ovat suoria ja puolet taaksepäin.

Lähde: Onko tähtitieteilijöillä aavistustakaan, kuinka suuri osa galaksimme tähdistä liikkuu taaksepäin kiertävillä kiertoradoilla?

Ja vaikka levygalaksien muodostuminen on monimutkainen prosessi, jota ei ole vielä täysin ymmärretty, syy siihen, että melkein kaikki tähdet liikkuvat samoilla (suorilla) kiertoradoilla, on kulmamomentin säilyminen, kun gravitaatiovoima vetää kaasupilvet yhteen. Se on sama mekanismi, joka on vastuussa siitä, että planeetat kiertävät tähtiä samaan suuntaan.


Galaksit

Ihmiset ovat seuranneet taivaallamme oman Linnunradan galaksimme taivaallista aikaa tuhansien vuosien ajan, mutta hyvin harvat tiesivät tai ymmärsivät olemassa olevien galaksien valtavaa kokoa ja määrää.

Galaksit ovat valtavia kaasua, pölyä, pimeää ainetta ja miljoonasta biljoonaan tähtiä. Kaikki galaksissa on painovoiman sitoma. Jokainen galaksin tähti on aurinko, ja jokaisessa galaksissa on tuhansia aurinkokuntia.

Ajatus galakseista on melkein liikaa ymmärrettävissä, varsinkin kun tutkijat löytävät tuhansia niistä universumista.

Antaakseni sinulle käsityksen uskomattomasta koosta: elämme Linnunradan galaksissa ja aurinkomme on vain yksi galaksissamme olevista noin 100–400 miljardista tähdestä.

Galaksit ovat jatkuvassa liikkeessä, ja naapurigalaksit voivat vaikuttaa niiden muotoon, ja ne voivat jopa iskeytyä niihin törmäyksessä ja luoda täysin uusia galakseja.

Kun galaksit liikkuvat maailmankaikkeudessa, ne ylittävät muiden galaksien polun ja törmätessään kaasut yhdistyvät ja suuntaavat keskustaan, mikä puolestaan ​​aiheuttaa tähtien nopeaa muodostumista.

Lähes kaikkien suurempien galaksien keskellä on supermassiivinen musta aukko, ja planeettatutkijoiden mielestä mustilla aukoilla voi olla jotain tekemistä galaksin muodostumisen kanssa.

Linnunradan galaksissamme on supermassiivinen musta aukko, joka on nimetty ”Jousimies A *: ksi”, ja siinä on 4 miljoonaa aurinkoa.

Vuonna 2016 tehty tutkimus johti arvioon, että havaittavassa maailmankaikkeudessa on 2 biljoonaa galaksia! Se olisi 2 miljoonaa miljoonaa! Tutkijoiden jatkaessa etsintää meidän ja muihin galakseihimme he havaitsevat, että jotkut muistuttavat hyvin Linnunradan galaksiamme ja toiset ovat täysin erilaisia.


Se on täysin mahdollista: Olemme jo tehneet kartan

Syyskuusta lähtien meillä on melko tarkka kartta galaksistamme.

Mittaamalla etäisten kohteiden parallaksien tiedämme noin 400 miljoonan tähden suhteelliset sijainnit.

Tämän tiedon kerännyt satelliitti nimeltä Gaia löysi myös miljardeja muita mahdollisia esineitä. Suurin osa ellei kaikki tallennetuista tiedoista, mukaan lukien hahmosi vertailuun tarvitsemasi kartta, on avoin yleisölle.

Pienen vertailun jälkeen pitäisi olla selvää, että heidän löytämänsä tiedosto on tai ei ole tarkka.

Zxyrran lähestymistavalla verrata julkisesti saatavilla olevaan, luotettuun karttaan on virhe: kartan väärentäjä olisi voinut ladata saman kartan, jota verrataan, ja sitten lisätä planeetat muodostamalla nämä tiedot. Kaikki molemmilla kartoilla olevat tiedot olisivat samat. Se olisi melko selvää (eri karttojen pitäisi ei olla täsmälleen sama, molemmissa on varmasti virheitä). Älykkäämpi väärentäjä toisi tietysti joitain virheitä ja siirtäisi asioita vähän virhepalkkeihin jne. Tietysti, kaiken tämän täytyy tehdä tietokoneiden toimesta - etkä voi silmätä kahta galaksin karttaa ja sanoa jos ne ovat samat. Joten sekä väärennöksen että etenkin tarkastavan henkilön on oltava taitavia.

Väärennösten tarkistaminen merkitsee olennaisesti väärentäjän ohittamista: etsi allekirjoitus, jonka on jäljittänyt algoritmi, jota väärentäjä käytti uusien tietojen luomiseen.

On toinen, helpompi tapa, joka ei vaadi väärentäjän ohittamista: odota. Tähtitieteilijät ilmoittavat melko rutiininomaisesti vasta löydetyistä planeetoista. Voit tarkistaa uusia löytöjä kartaltasi - kaikki, jotka ovat yhtä mieltä karttasi kanssa ja tapahtuneet sen jälkeen, kun olet ladannut kartan, ovat todisteita siitä, että kartta on totta, jos erimielisyydet kartan kanssa ovat todisteita siitä, että se ei ole (tai ainakin on epätäydellinen).

Etsi kartalta esine, jota ei tunneta, mutta joka on parhaiden kaukoputkien havaitsemismahdollisuuksien sisällä, mutta ei muita. Osoita sitä kohti.

Koska suurilla laajuuksilla on hyvät tiedot siitä, mihin ne on osoitettu, voit sulkea pois aikaisemman inhimillisen tiedon.

Vaikka tämä ei todista kartan olevan tarkka, se osoittautuu ulkomaalaisesta alkuperästä.


Se kesti vuosisatoja, mutta tiedämme nyt maailmankaikkeuden koon

"Mennään kävelemään maailmankaikkeudesta." Tämän kutsun amerikkalainen tähtitieteilijä Harlow Shapley antoi yleisölle Washington DC: ssä vuonna 1920. Hän osallistui ns. Suureen keskusteluun tiedekaverinsa Heber Curtisin kanssa maailmankaikkeuden mittakaavassa.

Shapley uskoi Linnunradan galaksimme olevan 300 000 valovuotta poikki. Se on oikeastaan ​​kolme kertaa liian suuri viimeisimmän ajattelun mukaan, mutta hänen mittauksensa olivat aika hyvät. Erityisesti hän laski laajalti oikeat suhteelliset etäisyydet Linnunradalla & ndash esimerkiksi aurinkomme sijainnin galaksin keskustaan ​​nähden.

1900-luvun alussa 300 000 valovuotta tuntui kuitenkin monilta Shapleyn aikalaisilta melkein järjettömän suuri luku. Ja ajatus siitä, että muut Linnunradan kaltaiset spiraaligalaksit & ndash, jotka voitiin nähdä teleskoopeilla & ndashilla, olivat yhtä suuria, oli outo.

Shapley itse uskoi Linnunradan olevan poikkeuksellinen. "Vaikka spiraalit ovat tähtien muotoisia, ne eivät ole kooltaan verrattavissa tähtijärjestelmäämme", hän kertoi kuulijoilleen.

Curtis oli eri mieltä. Hän ajatteli oikein, että maailmalla oli monia muita niin suuria galakseja kuin omamme. Mutta mielenkiintoista oli, että hänen lähtökohtansa oli usko Linnunradan olevan paljon pienempi kuin Shapley oli laskenut. Curtisin käyttämien laskelmien mukaan Linnunrata oli halkaisijaltaan vain 30000 valovuotta & ndash tai noin kolme kertaa liian pieni nykyaikaisissa mittauksissa.

Kolme kertaa liian iso kolme kertaa liian pieni & ndash, kun puhumme niin valtavista etäisyyksistä, on ymmärrettävää, että melkein sata vuotta sitten keskustelevat tähtitieteilijät voivat saada hahmot hieman vääriksi.

Tänään olemme melko varmoja siitä, että Linnunrata on luultavasti 100 000 - 150 000 valovuotta. Havaittavissa oleva maailmankaikkeus on tietysti paljon suurempi. Nykyisen ajattelun mukaan halkaisija on noin 93 miljardia valovuotta. Kuinka voimme olla niin varmoja? Ja miten me koskaan keksimme tällaisia ​​mittauksia täältä maapallolta?

Siitä lähtien, kun Kopernikus väitti, että maapallo ei ollut aurinkokunnan keskus, näyttää siltä, ​​että meillä on aina ollut vaikeuksia kirjoittaa ennakkokäsityksemme siitä, mikä maailmankaikkeus on & erityisesti ja kuinka suuri se voi olla. Jopa tänään, kuten näemme, keräämme uusia todisteita siitä, että koko maailmankaikkeus voi olla paljon suurempi kuin jotkut ovat viime aikoina ajatelleet.

Caitlin Casey, tähtitieteilijä Texasin yliopistossa Austinissa, tutkii maailmankaikkeutta sellaisena kuin me sen tunnemme. Kuten hän huomauttaa, tähtitieteilijät ovat kehittäneet nerokkaan joukon työkaluja ja mittausjärjestelmiä, joiden avulla voidaan laskea paitsi etäisyys maasta muihin aurinkokuntamme elimiin myös galaksien ja matkan havaittavan maailmankaikkeuden reunaan.

Curtisin käyttämien laskelmien mukaan Linnunrata oli halkaisijaltaan vain 30000 valovuotta

Vaiheet kaikkien näiden asioiden mittaamiseen tunnetaan "kosmisen etäisyyden tikkaina". Tikkaiden ensimmäinen aste on meille tarpeeksi helppo päästä, ja nykyään se perustuu nykyaikaiseen tekniikkaan.

"Voimme vain palauttaa radioaallot pois aurinkokunnan naapurimaiden planeetoilta, kuten Venus ja Mars, ja mitata näiden aaltojen paluu Maahan", Casey sanoo. "Se antaa meille erittäin tarkan mittauksen."

Suuret radioteleskoopit, kuten Arecibo Puerto Ricossa, voivat tehdä tällaista työtä ja tehdä myös enemmän. Esimerkiksi Arecibo pystyy havaitsemaan aurinkokunnan ympärillä lentävät asteroidit ja jopa tuottamaan niistä kuvia sen perusteella, kuinka radioaallot heijastuvat asteroidin pinnalta.

Radioaaltojen käyttäminen aurinkokuntamme ulkopuolisten etäisyyksien mittaamiseen ei ole käytännöllistä. Kosmisen etäisyyden tikkaiden seuraava aste on jotain, joka tunnetaan nimellä parallaksimittaus.

Tätä teemme myös koko ajan tajuamatta. Ihmiset, kuten monet eläimet, tunnistavat intuitiivisesti etäisyyden itsensä ja esineiden välillä sen ansiosta, että meillä on kaksi silmää.

Jos pidät esinettä edessäsi, sano kättäsi & katsele sitä silmällä auki ja vaihda sitten vain toisen silmän käyttämiseen, näet, että kätesi näyttää siirtyvän hieman sivuttain. Tätä kutsutaan parallaksiksi. Näiden kahden havainnon välistä eroa voidaan käyttää etäisyyden määrittämiseen kyseessä olevaan kohteeseen.

Tällä etäisyydellä emme ole vielä läheskään oman galaksimme reunaa

Aivomme tekevät sen luonnollisesti molempien silmiemme tietojen avulla, ja tähtitieteilijät tekevät täsmälleen saman asian läheisten tähtien kanssa, paitsi että he käyttävät erilaisia ​​antureita: teleskooppeja.

Kuvittele, että avaruudessa kelluu kaksi silmää, aurinkomme kummallakin puolella. Maapallon kiertoradan ansiosta juuri niin meillä on, ja tällä menetelmällä voimme tarkastella tähtien siirtymistä taustalla oleviin kohteisiin.

"Suoritamme mittauksen siitä, missä tähdet ovat taivaalla, esimerkiksi tammikuussa, ja odotamme kuusi kuukautta ja mittaamme samat tähdet heinäkuussa, kun olemme auringon vastakkaisella puolella", Casey sanoo.

On kuitenkin kohta, jossa kohteet ovat niin kaukana & ndash noin 100 valovuotta & ndash, että havaittu muutos on liian pieni hyödyllisen laskennan tuottamiseksi. Tällä etäisyydellä emme ole vielä läheskään oman galaksimme reunaa.

Pääsekvenssitähtiä, kun niitä käytetään tässä analyysissä, pidetään yhtenä "vakiokynttilän" tyyppinä

Seuraava askel ylöspäin on tekniikka, jota kutsutaan "pääsekvenssin sovittamiseksi". Se perustuu tietämykseemme siitä, kuinka tietyn kokoiset tähdet ja pääsekvenssitähdet & ndash kutsutaan ajan myötä.

Ensinnäkin, ne muuttavat väriä ja muuttuvat vähitellen iän myötä. Mittaamalla niiden väri ja kirkkaus tarkasti ja verraten sitä sitten parallaksilla mitattavien lähempien pääjaksosivujen tähtien etäisyyteen tiedetään, voimme arvioida näiden kauempien tähtien sijainnit.

Periaate, joka tukee näitä laskelmia, on se, jonka mukaan saman massan ja iän tähdet näyttävät yhtä kirkkailta, jos ne olisivat samalla etäisyydellä meistä. Koska ne eivät usein ole, voimme käyttää näiden mittausten eroa selvittääksemme kuinka kaukana ne todellisuudessa ovat.

Pääsekvenssitähtiä, kun niitä käytetään tässä analyysissä, pidetään yhtenä "standardikynttilän" tyyppinä & ndash, joka tarkoittaa kehoa, jonka suuruuden (tai kirkkauden) voimme laskea matemaattisesti. Nämä kynttilät on pisteviiva avaruuden ympärillä, mikä valaisee maailmankaikkeutta ennustettavissa olevilla tavoilla. Mutta pääsekvenssitähdet eivät ole ainoat esimerkit.

Tämä ymmärrys kirkkauden suhteesta etäisyyteen on melko perustavanmukainen etäisyyden määrittämiseksi vielä kauemmas esineisiin ja tähtiin kuten tähtiin muissa galakseissa. Pääsekvenssin sovitus ei kuitenkaan toimi siellä, koska niiden tähtien & ndashin valoa, jotka ovat miljoonien valovuosien päässä, ellei enemmän, on vaikea analysoida tarkasti.

Tarkkailemalla kuinka kirkas se todella näyttää meille, he voivat laskea sen etäisyyden

Mutta jo vuonna 1908 tiedemies nimeltä Henrietta Swan Leavitt Harvardissa esitti upean löydön, joka on auttanut meitä mittaamaan tällaisia ​​valtavia etäisyyksiä. Joutsen Leavitt tajusi, että oli olemassa erityinen tähtiluokka nimeltä Kefeid-muuttujat.

"Hän havaitsi, että tietyntyyppinen tähti muuttaa kirkkauttaan ajan myötä, ja kirkkauden vaihtelu, näiden tähtien sykkiminen liittyy suoraan siihen, kuinka kirkkaat ne ovat luonnostaan", Casey sanoo.

Toisin sanoen kirkkaampi kefeidi "sykkii" hitaammin (itse asiassa monien päivien aikana) kuin himmeämpi kefeidi. Koska tähtitieteilijät voivat mitata kefeidin pulssin suhteellisen helposti, he voivat ennustaa kuinka kirkas tähti on. Sitten tarkkailemalla kuinka kirkas se todella näyttää meille, he voivat laskea sen etäisyyden.

Tämä on periaatteessa samanlainen kuin pääsekvenssin sovitus, koska kirkkaus on jälleen avain. Mutta keskeinen asia on, että etäisyys voidaan mitata eri tavoin. Ja mitä enemmän tapoja mitata etäisyyksiä meillä on, sitä paremmin voimme ymmärtää kosmisen takapihan todellisen mittakaavan.

1920-luvun alussa Edwin Hubble havaitsi kefeidimuuttujia läheisestä Andromedan galaksista ja huomasi, että se oli vajaan miljoonan valovuoden päässä.

Universumissa on vielä yksi piirre, joka voi auttaa meitä mittaamaan todella äärimmäisiä matkoja

Paras arviomme on, että galaksi on todellisuudessa 2,54 miljoonan valovuoden päässä. Mutta se ei häpeä Hubblen mittausta. Itse asiassa yritämme edelleen laatia parhaan arvion etäisyydestä Andromedaan. 2,54 miljoonan valovuoden luku on itse asiassa keskiarvo useista viimeaikaisista laskelmista.

Tämä on kohta, jossa maailmankaikkeuden pelkkä mittakaava, jopa nyt, edelleen hämmentää mieltämme. Voimme tehdä erittäin hyviä arvioita, mutta todellisuudessa on äärimmäisen vaikeaa mitata galaksien välisiä etäisyyksiä hienolla tarkkuudella. Universumi on todellakin niin suuri. Ja se ei lopu tähän.

Hubble mitasi myös räjähtävien valkoisten kääpiötähtien ja tyypin 1A supernovojen kirkkauden. Ne näkyvät melko kaukaisissa galakseissa, miljardien valovuosien päässä.

Koska näiden räjähdysten kirkkaus on laskettavissa, voimme määrittää, kuinka kaukana ne ovat, aivan kuten voimme tehdä kefeidimuuttujien kanssa. Tyypin 1A supernovat ja kefeidimuuttujat ovat sitten molemmat lisäesimerkkejä siitä, mitä tähtitieteilijät kutsuvat tavallisiksi kynttilöiksi.

Mutta universumissa on vielä yksi piirre, joka voi auttaa meitä mittaamaan todella äärimmäisiä matkoja. Sitä kutsutaan punasiirtymäksi.

Jos sireeni meluava ambulanssi tai poliisiauto on koskaan ohittanut sinut kadulla, Doppler-vaikutus on sinulle tuttu. Kun ambulanssi lähestyy sinua, sireeni näyttää korkealta ja sitten, kun se ohittaa sinut ja siirtyy pois, se putoaa uudelleen.

Kun maailmankaikkeus laajenee, kukin galaksi siirtyy pois muista

Sama tapahtuu valoaalloilla, paljon hienommassa mittakaavassa. Voimme havaita muutoksen analysoimalla kaukaisista kappaleista tulevan valonspektrin. Tässä spektrissä on tummia viivoja, koska jotkut erityisvärit absorboivat valonlähteessä ja sen ympäristössä olevat elementit ja vievät esimerkiksi tähtien pinnan.

Mitä kauempana esineet ovat meistä, sitä kauempana kohti spektrin punaista päätä nämä viivat siirtyvät. Tämä ei johdu vain siitä, että esineet ovat kaukana, vaan siksi, että ne ovat ajan myötä kauempana meistä, maailmankaikkeuden laajenemisen ansiosta. Ja punasiirtymän näkeminen kaukaisista galakseista tulevassa valossa on yksi tapa todistaa, että maailmankaikkeus todellakin laajenee.

Se on kuin pisteiden asettaminen ilmapallon pinnalle & kukin edustaa galaksia & ndash ja sitten puhaltaa ilmapallo, kertoo Kartik Sheth, NASA: n ohjelmatutkija. Kun ilmapallo laajenee, pinnan pisteiden välinen etäisyys kasvaa. "Kun maailmankaikkeus laajenee, kukin galaksi etenee muista."

"Periaatteessa aalto olisi normaalisti mikä tahansa taajuus, jolla se lähetettiin, mutta nyt venytät itse aika-aikaa, joten aalto näyttää pidemmältä."

Valo on saavuttanut meidät galakseista, jotka ovat 13,8 miljardia vuotta vanhoja

Mitä nopeammin galaksi liikkuu meiltä, ​​sitä kauempana sen on oltava & ndash, ja sitä enemmän sen valo muuttuu punaisemmin, kun analysoimme sitä takaisin maan päälle. Jälleen Edwin Hubble huomasi, että hänen kefeidiensa välillä oli suhteellinen suhde kaukaisissa galakseissa ja kuinka paljon näiden galaksien valo muuttui punaisesti.

Nyt tulee iso avain palapeliimme. Suurin punasiirtyvä valo, jonka voimme havaita havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa, viittaa siihen, että valo on saavuttanut meidät galakseista, jotka ovat 13,8 miljardia vuotta vanhoja.

Koska tämä on vanhin havaitsemamme valo, se antaa meille myös mittauksen maailmankaikkeuden iästä.

Mutta viimeisten 13,8 miljardin vuoden aikana maailmankaikkeus on jatkuvasti laajentunut ja aluksi se tapahtui hyvin nopeasti. Tähtitieteilijät ovat ottaneet tämän huomioon ottaen selville, että heti havaittavissa olevan maailmankaikkeuden reunalla olevien galaksien, joiden valon saavuttamiseksi on kulunut 13,8 miljardia vuotta, on nyt oltava 46,5 miljardin valovuoden päässä.

Yksi mahdollisuus on, että joskus jotkut laskelmistamme eivät ole aivan oikeita

Se on paras mittauksemme havaittavan maailmankaikkeuden säteelle. Sen kaksinkertaistaminen antaa tietysti halkaisijan: 93 miljardia valovuotta.

Tämä luku perustuu moniin muihin tieteen mittauksiin ja paloihin, ja se on vuosisatojen työn huipentuma. Mutta kuten Casey toteaa, se on silti hieman karkea.

Ensinnäkin, kun otetaan huomioon joidenkin vanhimpien galaksien monimutkaisuus, jonka voimme havaita, ei ole selvää, kuinka ne pystyivät muodostumaan niin nopeasti Suuren räjähdyksen jälkeen. Yksi mahdollisuus on, että joskus jotkut laskelmistamme eivät ole aivan oikeita.

"Jos yksi kosmisen etäisyyden tikkaista on pois päältä 10%, niin kaikki on pois 10%, koska ne luottavat toisiinsa", Casey sanoo.

Koko maailmankaikkeus on noin 250 kertaa suurempi kuin havaittavissa oleva maailmankaikkeus

Ja missä asiat muuttuvat todella monimutkaisiksi, on se, kun yritämme ajatella maailmankaikkeutta sen lisäksi, mikä on havaittavissa. "Koko" maailmankaikkeus, ikään kuin. Riippuen siitä, mitä universumin muodon teoriaa pidät, koko maailmankaikkeus voi olla todella äärellinen tai ääretön.

Äskettäin Mihran Vardanyan ja kollegat Oxfordin yliopistosta Isossa-Britanniassa analysoivat tunnettuja tietoja havaittavissa olevan maailmankaikkeuden esineistä selvittääkseen, voisivatko he selvittää mitään koko maailmankaikkeuden muodosta.

Lopputulos, kun tietokonealgoritmeja käytettiin etsimään mielekkäitä malleja tiedoista, oli uusi arvio. Koko maailmankaikkeus on vähintään 250 kertaa suurempi kuin havaittavissa oleva maailmankaikkeus.

Emme voi koskaan nähdä näitä kauempana olevia alueita. Silti havaittavan maailmankaikkeuden pitäisi olla riittävän suuri useimmille ihmisille. Casey ja Shethin kaltaisille tutkijoille se on todellakin kiehtovuuden lähde.

Emme ole edes aurinkokuntamme tai galaksimme keskellä

"Kaikki mitä olemme oppineet maailmankaikkeudesta ja kuinka suuri se on, kaikki hämmästyttävät esineet, jotka siinä ovat, ja teemme sen yksinkertaisesti keräämällä nämä valon fotonit, jotka ovat kulkeneet miljoonia ja miljoonia valovuosia vain tullakseen ja kuolemaan ilmaisimet, kamerat tai radioteleskoopit ", Sheth sanoo.

"Se on melko nöyrää", Casey sanoo. "Tähtitiede on opettanut meille, että emme ole maailmankaikkeuden keskipiste, emmekä edes aurinkokuntamme tai galaksimme keskellä."

Eräänä päivänä voimme matkustaa fyysisesti paljon kauempana ympäröivään maailmankaikkeuteen kuin olemme tähän mennessä haaveillut. Toistaiseksi voimme vain katsoa. Mutta vain katsominen voi antaa meidän kaatua melko pitkälle.

Liity yli viiteen miljoonaan BBC Earth -faniin pitämällä meitä Facebookissa tai seuraamalla meitä Twitterissä ja Instagramissa.


Voisi olla 36 ulkomaalaista sivilisaatiota jakamassa galaksiamme

Kuinka monta älykästä ulkomaalaista sivilisaatiota väijyy Linnunradan satojen miljardien tähtien joukossa? Astrophysical Journal -lehdessä 15. kesäkuuta julkaistun tutkimuksen mukaan vastaus on 36.

Kuinka tutkijat pääsivät tähän määrään? Ottamalla uusi puukotus vuosikymmeniä vanhaan muukalaisten metsästyspulaan, joka tunnetaan nimellä Drake-yhtälö. Nimetty tähtitieteilijä Frank Drakelle, joka debytoi yhtälön vuonna 1961, palapeli yrittää arvata galaksissamme olevan ulkomaalaisten sivilisaatioiden todennäköisen määrän muuttujien perusteella, kuten tähtien keskimääräinen muodostumisnopeus, planeettoja muodostavien tähtien prosenttiosuus ja paljon pienempi prosenttiosuus planeetoista, joilla on oikea elämä. Suurinta osaa näistä muuttujista ei vielä tunneta, mutta uuden tutkimuksen kirjoittajat yrittivät ratkaista ne uusimmalla käytettävissä olevalla tiedolla tähtien muodostumisesta ja eksoplaneettoista.

Heidän tuloksensa? Linnunradalla on täsmälleen 36 planeettaa, jotka voisivat isännöidä samanlaista älykkyyttä kuin maapallolla. Mutta vaikka tutkijat naulaisivat kaikki nuo tuntemattomat muuttujat, vielä kestää jonkin aikaa, ennen kuin tapaamme yhden älykkään naapurimme olettaen, että sivilisaatiot jakautuvat tasaisesti koko galaksiin, lähin on 17000 valovuoden päässä maasta.


Shannon Stirone | Pitkäjuovat | Lokakuu 2020 | 16 minuuttia (4288 sanaa)

Kun olin 8-vuotias, huomasin huoneeni kirjahyllystä atlasin. Olin juuri alkanut kerätä suuria taidekirjoja perhemuseoretkiltä, ​​mutta tämä oli ensimmäinen epänormaalin kokoinen kirja omassa asemassani - se oli niin omituisen muotoinen, että sen sivut vuotivat hyllyn reunan yli. Eräänä päivänä käytin kaiken voimani heiluttamaan sitä alas kirjahyllystä. Levitin makuuhuoneeni lattialle ja aloin seuloa pitkiä sivuja. Sen on oltava peräisin & # 821750- tai & # 821760-luvulta. Se tuoksui vanhalta, mutta se oli selvästi kirja, josta oli huolehdittu vuosien varrella. Sen sivut olivat sekoitus pastelleja, jotka olivat niin huimaavia ja monimutkaisia ​​siinä, miten vaaleanvihreät ja ohuimmat siniset joet erosivat sivujen yli. Kun olin tarpeeksi vanha lukemaan, isoisäni alkoi seremoniallisesti lahjoittaa minulle kirjoja hyllystään.

Joka kerta, kun näin hänet, yksi kappale hänen kirjastosta tuli minun. Hän oli matkustanut ympäri maailmaa ja tiesi, kuinka paljon se voi muuttaa ihmistä. Ja aina kun kävin hänen luonaan, selasin alemmilla hyllyillä olevia kirjoja ja juoksin sormin piikkejä pitkin kuin auto ja # 8217 pyörät nopeudenrajoittimien yli, joista jokainen kansi ikään kuin kellastui vuosien tupakansavusta ja jatkuvasta lukemisesta. Kun tämä kirja ja minut esitettiin virallisesti, aloin pitää säännöllisiä päivämääriä atlasen kanssa. Joka päivä makasin vatsallani ja istuin sitten ristissä jalat ristissä sivujen yli juoksentelemalla sormillani Afrikan jokia pitkin - Niiliä, Limpopoa, tekisin matkan Ranskaan tai Chileen. Yritän lausua Tšekkoslovakian ja monia muita pitkiä sanoja, jotka heittivät minut iloiseen pyörteeseen. Jokainen vuorijono, jokainen vesistö, jokainen suuri kaupunki, jota voisin katsoa kaipaavalla tavalla miettimään eräänä päivänä vanhentuessani, kuinka monta näistä salaperäisistä paikoista näisin omin silmin. Vaeltelu kasvoi kasvamisen myötä. Oli niin paljon tutkittavaa, siellä oli niin paljon tilaa pienen kodin ympärillä Los Angelesissa. Oli niin paljon mitä en tiennyt.

Niin kauan kuin olemme olleet olemassa, ihmiset ovat yrittäneet ymmärtää itseään fyysisen sijaintinsa yhteydessä. Myönnetään, että yhdistämme arvon ja identiteetin siihen, mistä tulemme, missä elämme ja jopa monta kertaa, mihin tiedämme menevämme. Yksi maailman vanhimmista kartoista ihmiskunnan historiassa on peräisin Mesopotamian 7. tai 6. vuosisadalta. Imago Mundi on yksinkertainen savitabletti, joka on kaiverrettu kiilakirjoituksella. Sen kahdeksassa osassa kuvataan aluetta Eufrat-joen ympärillä Babylonissa. Mutta se on paljon enemmän kuin fyysinen esitys siitä, missä babylonialaiset asuivat. Eufratin ympärillä on ympyrä, jonka on tarkoitus symboloida merta tai ”katkera joki”. Pyöreän valtameren ulkopuolella olevia alueita kutsutaan "nagu "iksi tai kaukaisiksi alueiksi, joista osa mainitaan myös Babylonian Gilgameshin eepoksessa. Tämä kartan osien välinen suhde osoittaa meille, että muinaiset babylonialaiset yrittivät sijoittaa itsensä ja sijaintinsa tuntemattomille alueille, joita heidän käsityksensä ulkopuolella ei ollut. Tähän aikaan ihmissivilisaatiot olivat viettäneet monta vuotta tutkimalla tähtiä ja planeettoja ja merkitsemällä näiden esineiden liikkeet taivaalla. Mutta Imago Mundi on ensimmäinen tietue kartastamme välittömästä ympäristöstämme. & # 8220Se on todella ainutlaatuinen teksti, koska meillä on paljon kuvauksia maailmasta, mutta meillä ei ole paljon piirustuksia siitä, & # 8221 sanoo assyrialainen tutkija tri Moudhy Al-Rashid. "Meillä on piirustuksia rakennuksista, rakennesuunnitelmista, sellaisista asioista, mutta emme yritä selittää maailmaa visuaalisesti", hän sanoo. "On piirustuksia tähdistä, on tähtikarttoja, mutta ei maailmankarttoja."

Kaksi saksihissiä, joissa miehet on kiinnitetty metallikaiteeseen, reunustavat kaukoputken sivua. Öljyvuoto vuotaa lähellä paikkaa, jossa 5000 robotin on tarkoitus liikkua, eivätkä he voi tuijottaa galakseja, jos siellä on öljyvuotoja. Vierailuni Mayallin 4-metriseen teleskooppiin Arizonan Kitt Peakin kansallisen observatorion alueella tapahtui hyvin säännöllisenä työpäivänä syyskuussa 2019. Ajo ylös vuorelle alkoi selvästi, eikä muita autoja ollut näkyvissä. On pitkä kapea valtatie, joka ajaa suoraan vuorelle, ja kaksi kaistaa kulkee Tohono O & # 8217odhamin kansallisen suojelualueen keskiosan läpi. Aluksi pystyin selvittämään pensaiden ja puiden vehreyden ja taitetut kalliokerrokset kuten napolilainen jäätelö maitomaisten suklaan väreillä, ruusunruskealla ja valkoisella. Nämä piirteet muodostuivat triasien aikana, noin 200 miljoonaa vuotta sitten.

Jokainen minuutti ylöspäin 6883 jalka-kiipeilystä tuli yhä läpinäkymättömämmäksi - ajoin pilveen. Kun pysäköin ja pääsin ulos, tuuli koputti minut autooni, ja kun katsoin ylös tuijottaen kupolia, en voinut nähdä yläosaa. 18 kerroksen korkeudella Mayallin 4-metrinen kupu katosi taivaalle yläpuolelle.

Kitt Peak -tiimi oli melkein valmis asentamaan DESI-instrumentin, joka etsii maailmankaikkeudesta pimeää energiaa - vaikeata voimaa, joka on vastuussa maailmankaikkeuden laajentamisesta ulospäin nopeuksilla kymmeniä tuhansia mailia sekunnissa - tarkalleen 70 kilometriä sekunnissa megaparsekunnissa. . DESI, pimeän energian spektroskooppinen instrumentti liitettiin teleskooppiin galaksien viralliseen metsästykseen vuoden 2020 alkupuolella. 22. lokakuuta 2019 he avasivat kupolin pariovet ja kaukoputki keräsi ensimmäisen virallisen valonsa DESI-tehtävänä. virallisesti alkoi. Heidän tavoitteensa on kunnianhimoinen - tehdä kaikkein yksityiskohtaisin 3D-kartta. He tekevät tämän katsomalla ajassa taaksepäin jopa 11 miljardia vuotta sitten, kun maailmankaikkeus oli hyvin nuori, galaksit olivat vasta alkamassa muodostua, ja maailmankaikkeuden sisältö oli kätkeytynyt paljon lähemmäksi toisiaan.

Tuhansien vuosien ajan ihmiset ovat kiipeäneet vuoria ja ylittäneet jokia luodakseen karttoja ymmärtääkseen paikkansa asioiden yhteydessä. Tavallaan tämä maailmankaikkeuden 3D-kartta on viimeinen kartta, jonka ihmiset voivat tehdä. Varmasti se ei ole maailmankaikkeuden viimeinen kartta, mutta olemme jäljittäneet maan, merkittyjen jokien ja valtamerien, maiden ja lajien rajat. Olemme kartoittaneet Marsin, Kuun, aurinkokunnan, jopa oman galaksimme. Tämä tarkoittaa, että tällä symbolisella tavalla on jäljellä vain yksi asia, joka on ymmärrettävä, ja se on koko kosmos.

Käynnistä viikonloppulukusi saamalla viikon ja # 8217: n parhaat Longreadit postilaatikkoosi joka perjantai-iltapäivä.

DESI on tahdistetussa baletissa liikkuva 500 000 osan ryhmittymä. Putket, jotka kulkevat 40 metrin päässä teleskoopin yläosasta pohjaan, ovat 5000 kuitukaapelia. Nämä puhtaan lasilangat ovat ohuita kuin hiusnauha ja toimivat valon johtimina. Kaukoputken yläosassa kaikki 5000 säikettä tuulettavat ulospäin, missä kukin yksittäinen kaapeli osoitetaan yksittäiselle galaksille. 20 minuutin välein joukkue osoittaa teleskoopin uuteen taivaankappaleeseen samalla kun kukin 5000 kaapelista lukittuu eri galaksiin. Kullakin robotilla kestää vain muutaman sekunnin tehdä-si-tehdä ja kääntyä uuteen kohteeseen. Keskimäärin yönä joukkue odottaa keräävänsä valoa 150 000 eri galaksista ja harvoin tarkastelee samaa galaksiä kahdesti. Vaikka tämä saattaa kuulostaa pelottavalta, DESI: n hankala elementti ei kartoita lähes 40 miljoonaa galaksia viiden vuoden aikana, vaan 5000 miniatyyrirobottia, jotka liikuttavat kutakin yksittäistä hiusmaista säikettä teleskoopin sisällä. "Tämä on hyvin monimutkainen instrumentti", sanoo DESI-johtaja Michael Levi. "Siinä on puoli miljoonaa liikkuvaa osaa." Toisin kuin monimutkaisten sisäisten kellomekanismien toiminta, DESI: n 5000 robottia ovat niin pieniä, että jos yksi asia menee pieleen joka kerta, kun se siirtyy, se vaarantaa koko toiminnan ja takaiskun tiedonkeruussa.

Olemme kartoittaneet Marsin, Kuun, aurinkokunnan, jopa oman galaksimme. Tämä tarkoittaa, että tällä symbolisella tavalla on jäljellä vain yksi asia, joka on ymmärrettävä, ja se on koko kosmos.

DESI: n 5000 silmää viettää viisi vuotta ajassa taaksepäin muinaisessa valossa ymmärtääkseen paremmin maailmankaikkeuden tarinan. Keräämällä nämä tiedot he voivat purkaa valon matkan tyhjyyden yli. Vaikka meillä ei vielä ole toimivia DeLoreans-laitteita, meillä on teleskooppeja ja teleskoopit ovat reaaliaikaisia ​​koneita. On helppo unohtaa, että kuvat, joita avaruudesta näemme, eivät ole koskaan nykyisyydestä - että valoon on kulunut miljardeja tai miljoonia vuosia päästäksemme meihin. Kun tutkimme syvää avaruutta, tutkimme menneisyyttä, esineitä sellaisina kuin ne olivat aikaisemmin, eivät sellaisia ​​kuin ne ovat nyt. Teemme tämän tutkimalla fotoneja. Fotoni on yksi maailmankaikkeuden kevyimmistä hiukkasista, joka sattuu olemaan vastuussa siitä, minkä tiedämme valona, ​​ja niillä on tärkeä rooli siinä, kuinka DESI auttaa meitä ymmärtämään pimeää energiaa ja maailmankaikkeuden laajenemista.

Koska tämän valon saavuttaminen kestää niin kauan, jokaisella fotonilla on tarina kertoa mistä se tulee ja missä se on ollut. Nämä fotonit ovat kuluttaneet miljardeja ja miljardeja vuosia kosmon läpi ja päässeet maapallolle, mutta saapuessaan Mayall-teleskoopin peiliin heidän matkansa ei ole aivan valmis. Kun valo tulee jokaiseen lasikuitukaapeliin, se kulkee teleskoopin pituudelta jokaisen yksittäisen lasilangan läpi vielä 40 jalkaa ja valkoisen laattalattian yli huoneeseen, jossa on 10 samanlaista spektrografia. Instrumentit hajottavat valon erilleen kuin postinlajittelukoneet, vain kunkin galaksin valospektrin kanssa. Kunkin yksittäisen fotonikokoelman tarinasta riippuen se näkyy instrumentissa joko punasiirtyneenä tai bluessiirrettynä. As light travels, the colors within the spectrum appear at different wavelengths — if an object is moving toward us its light is crunched and appears toward the blue part of the spectrum, whereas if an object is moving away, the light is stretched out and appears red. After traveling many billions of years, the journey of the light from all 40 million galaxies will end in a clean room inside of a dome on a mountaintop in Tucson, Arizona.

After traveling many billions of years, the journey of the light from all 40 million galaxies will end in a clean room inside of a dome on a mountaintop in Tucson, Arizona.

In 1929 astronomer Edwin Hubble was studying the light spectra of galaxies and announced that his observations showed that many galaxies were redshifting — they were in fact moving away from us. But what he’d actually discovered was the expansion of the universe. Those galaxies weren’t just speeding away on their own, the very fabric of space-time itself was ballooning outward. He didn’t believe this was evidence of expansion it would take another 70 years before scientists realized that not only was the universe expanding –– the expansion was speeding up.

Nearly a decade before Hubble took to the telescope, Albert Einstein proposed a theory called the Cosmological Constant in tandem with his theory of general relativity. The idea being that the universe was a static place and the density remained constant. When Einstein saw Hubble’s news about the redshifting galaxies he threw this theory away, except Einstein was sort of right, go figure. The universe is not a static place — we know it’s expanding rapidly, but the density in the universe still remains constant. Think of it like this, imagine you’re in your living room with a table and TV and some books and a cup of coffee. Now imagine if that room began to expand like a balloon and got bigger and bigger. The objects in your living room would not increase in density — they are what they are. This is the same with our universe, as it balloons out the density remains the same, hence, your cup of coffee is the cosmological constant.

This was a tricky thing for astronomers to accept for the longest time because there is paljon of matter in the universe. And because of gravity we know that matter clumps together, so shouldn’t the universe be contracting? Newer estimates by astronomers say that there could be up to two trillion galaxies in the universe which are made up of two types of matter. The matter made of “normal” things like you and me and your cat and desk and iPhone — represents only 5 percent of the matter in the universe. Dark matter, which we cannot see, is about 25 percent. That is a lot of mass, and a lot of mass that is gravitationally attracted to each other however despite this unfathomable amount of material and density, it is no match for the dominating force in the universe which accounts for 70 percent of everything in existence — dark energy. Ninety five percent of the universe is made of things we cannot see and have no real understanding of. It’s fair to say at this point in history that we and our 5 percent are not “normal” matter –– we are the real anomalies in this universe.

It’s fair to say at this point in history that we and our 5 percent are not ‘normal’ matter –– we are the real anomalies in this universe.

The name dark energy is born out of ignorance — we call it dark because scientists simply cannot see it and they don’t really have any idea what it is. Well, they have some ideas. “The simplest understanding is that it’s a thing called the cosmological constant,” says Dr. Risa Wechsler, an astrophysicist and professor at Stanford University. “This would mean essentially it’s a property of space itself, which is a constant over all space and time.” This is conveniently also the only way Einstein’s density theory works. Score one for the current working model. But it’s a bit of a Catch 22 — the more space there is, the more dark energy there is and the more the universe expands. Therefore the more the universe expands the more space there is and thus more dark energy. “We are at a very interesting stage right now in cosmology,” says Wechsler. “We have had what is essentially a standard cosmological model for the past 20 years. That model is basically still working but there are starting to be some signs that it’s breaking. And I think right now we’re in the stage where we don’t know whether things are going to go away when the data gets better or whether when the data gets better, we’re going to see a real sign that the model doesn’t work anymore.”

The survey data from DESI may show that the current understanding of the universe is wrong — this would not be the first time this happened. At least we know that dark energy is not a particle like dark matter. Some scientists think it could be another dimension leaking into our universe. But more than likely, it might be space itself. This would mean that space wasn’t actually empty, we just can’t see what it really is. But so what does “space itself mean?” We have no idea.

Given how new to the planet humans are on the grand scale, we’ve figured out quite a lot about the cosmos. We know the Earth is about 4 billion years old, we know that 13.8 billion years ago there was nothing and then there was everything. We know absolutely nothing about the first one ten millionth of a trillionth of a trillion of a trillionth of a second but after that we have the timeline worked out to minutes. Very shortly after the universe came into existence it inflated like a balloon and very quickly spread the matter around. But this inflation was brief and the universe continued to expand but not accelerate. So everything is fine, stars are being formed and eventually galaxies begin to coalesce and then galaxies huddled together and made galaxy clusters, and the objects in the version of the universe we know were born. So here is where things get weird.

All of this matter was gravitationally pulled toward each other, just as you’d expect matter to behave. As a result of all of this matter clumping together, the expansion of the universe slowed down. But then suddenly around seven billion years ago, the expansion started to speed up and it’s only gotten faster since. Sometime between 11 billion years and seven billion years ago, dark energy turned on and began dominating the universe. For a sense of scale at how fast this expansion is going –– our universe came into existence 13.8 billion years ago. Without dark energy and expansion, the diameter of the universe would then be 13.8 billion light years wide, but, we tehdä have dark energy and because of this expansion the observable universe is now 91.32 billion light years across.

We count on member support to bring you thought-provoking reported features. Please consider a one-time, or — better yet — a recurring annual or monthly contribution. Every bit helps!

Many scientists around the world, both on the DESI team and elsewhere, are desperately trying to understand why this shift suddenly happened. Why did dark energy suddenly turn on? All we know right now is that dark energy is winning.

Today’s task was to rebalance the telescope. Because the DESI cables are so heavy, they’ve thrown the balance of the scope out of whack. I stood with David Sprayberry, my host and onsite manager of the project, while his team strapped themselves into harnesses on a floor elevator 18 stories up. Men my dad’s age slipped their legs into something fit for a person working on the outside of the Empire State Building. Some of these technicians have been working on the telescope since it was built over 40 years ago and have watched it turn over to different scientific endeavors, DESI being the newest. They banter back and forth about their weekend plans and who is starting the elevator and are they all strapped in? Don’t wanna die today! Up they go.

To balance the telescope they have to carry trays of solid lead weights the size of envelopes up into its belly. Two by two they would screw on each weight and then test it, then add more weight to certain spots and test it again. They were just weeks away from collecting what astronomers call “first light.” The lucky first object of DESI’s gaze would be a spiral galaxy called Triangulum, 2.7 million light years away. This particular galaxy has been studied so much over the years that its spectra is very well known, making it a sort of galactic calibrator.

There’s so much laughter despite the mundane part of this work. So here we are, scissor lifts and lead weights on a quest to understand the most mysterious force in the universe. They should all have shirts on that say “Team Heat Death” but I am not in charge.

Before they started to fix the balance issue, we climbed down a thin metal ladder and into the center of the telescope directly below the mirror. At four meters, twice the size of the Hubble Space telescope mirror, the Mayall might be a bit older but it’s a serious telescope, which is good because it has a serious job to do.

The inscriptions on the Imago Mundi map describe some basic features — where the sun rises, where the mountains are. But then there is a line that refers to the four quadrants on the map as “The four quadrants of the entire universe.” A fact they could not have known, but it still remains true that the boundary of the universe is limited by what we can see, even today.

Finally, the last paragraph of writing on the Imago Mundi is a poignant ending, “In all eight ‘regions’ of the four shores (kibrati) of the ea[rth …], their interior no-one knows.” Ancient Babylonians were limited in their knowledge of what existed beyond the mountains to the East –– while they knew the underworld was in one direction and a group of people that were enemies in another. The Babylonians were limited in their scope of understanding, and while our knowledge has grown exponentially, we are in many ways still in the same position –– looking up and out and wondering what lies beyond ourselves.

The Babylonians were limited in their scope of understanding, and while our knowledge has grown exponentially, we are in many ways still in the same position –– looking up and out and wondering what lies beyond ourselves.

For DESI this might seem a bit absurd, making a map of a universe that is constantly changing, forever expanding. There is something striking and a bit ironic about creating a map of a boundary that is constantly moving away from us, like attempting to map grains of sand on a beach while the tide continues to roll in. The “edge” of our universe will continue to expand until everything is gone. But this map of the universe is almost more about understanding our past than our future. In this case, in order to know where we are going, we must first know where we have been.

DESI’s project director Michael Levy likens it to a space MRI. “It’s a little like medicine when they switched from x-rays, which were inherently two dimensional, to MRIs where you could take slices of the body.” DESI will serve a similar purpose but for space, “we will now have time slices or distance slices of the universe.”

By collecting data and slicing the light into periods of time, it will allow scientists to reconstruct the history of the universe. Eventually once the survey is completed we will be able to examine deep astronomical time the same way geologists have used fossils and minerals to tell the story of the Earth. Instruments like DESI allow us to breach the laws of physics. In this case by looking back in time, we can deduce what will happen in the future, even as far forward as the end of the universe.

We use our location as a way to think about our identity. In the case of the cosmos the timescale is well beyond our very short lifetimes or even beyond our comprehension. Some of the answers to these questions won’t be solved while we are still here but will be left to the incoming generations and the truth is there are questions that will simply be passed on and never answered. The quest might seem a bit nonsensical. Why does it matter when or how the universe began? Why does it matter when or how it ends? It matters for the same reason your locations throughout your life carry context for who you are. We exist on a timeline together — we pop into existence and then one day we stop. It matters for the same reason one of the first questions you learn to ask in another language is, “where are you from?” To know where you are at any given time is a frame of reference in which to measure your life in some way and in many ways those locations, those slices of time, hold a great deal of meaning.

To know where you are at any given time is a frame of reference in which to measure your life in some way and in many ways those locations, those slices of time, hold a great deal of meaning.

Before leaving we stopped inside the main office where people pick up keys for their dorms. Many folks were sleeping during the day as astronomers have a tendency to do. A cork board at least 30 years old is hanging from a wall covered in very old sun-faded cartoon clippings from newspapers that all have something to do with astronomy. At the very bottom is a black and white Ziggy cartoon with torn, frayed edges. It shows a person staring into a telescope, and it says, “I read that the universe is racing away from the Earth at over 15,000 miles per second! I wonder if it knows something we don’t.”

I left the telescope and DESI team around 4:00 p.m. that day and by the time I left the dome, the clouds had burned off and I could see all of Kitt Peak. Each ridge had clusters of telescopes all with their own quests for different answers, all of which lied overhead. I could see the roads snaking through the valley below –– I could finally see where I was.

One day, googols and googols of years after you and I have died, the universe will end. Just like us, it is currently in the process of its death. It is expanding outward at unfathomable speeds, so much so that eventually all matter in the universe will begin to separate, growing further and further apart. As a result of this expansion the universe and all the matter in it will cool off until everything is the same temperature. This is one of the most popular theories for the end of the universe called the Heat Death — literally the death of heat. Over time, stars will die, galaxies and their solar systems, globular clusters and everything we’ve ever known will get consumed by black holes — the last things to exist in this universe. Eventually the matter inside of those black holes will evaporate until there is nothing left. (If you could move forward in time when the only thing left were black holes, where average temperatures hover just a fraction of a degree over absolute zero, you would be the hottest thing in existence. The radiation emitted from your body would glow hotter than anything else.) This goes far beyond Sagan’s pale blue dot — everything we’ve ever known will be gone, every human ever born and died, every person we’ve ever loved, every work of art, every book, every planet, every galaxy, every star, every atom that was ever created will cease to be.

Meanwhile, you and I are going about our days on an average rocky planet in just one of trillions of solar systems. Our planet orbits around an average star that moves around the third arm of the Milky Way galaxy, local group Virgo supercluster in an ancient universe that is moving ever outward. Where are we? The answer is always changing.

Shannon Stirone is a writer living in the Bay Area. She covers space exploration, science and culture. Her work has appeared in the New York Times, the Washington Post, Rolling Stone and elsewhere.


How Do We Know Dark Energy Exists?

I’ve talked about how astronomers know that dark matter exists. Even though they can’t see it, they detect it through the effect its gravity has on light. Dark matter accounts for 27% of the Universe, dark energy accounts for 68% of the Universe. And again, astronomers really have no idea what what it is, only that they’re pretty sure it does exist. 95% of the nature of the Universe is a complete and total mystery. We just have no idea what this stuff is.

So this time around, lets focus on dark energy. Back in the late 90s, astronomers wanted to calculate once and for all if the Universe was open or closed. In other words, they wanted to calculate the rate of expansion of the Universe now and then compare this rate to its expansion in the past. In order to answer this question, they searched the skies for a special type of supernova known as a Type 1a.

While most supernovae are just massive stars, Type 1a are white dwarf stars that exist in a binary system. The white dwarf siphons material off of its binary partner, and when it reaches 1.6 times the mass of the Sun, it explodes. The trick is that these always explode with roughly the same amount of energy. So if you measure the brightness of a Type 1a supernova, you know roughly how far away it is.

Astronomers assumed the expansion was slowing down. But the question was, how fast was it slowing down? Would it slow to a halt and maybe even reverse direction? So, what did they discover?

In the immortal words of Isaac Asimov, “the most exciting phrase to hear in science, the one that heralds new discoveries, is not ‘Eureka’, but ‘That’s Funny’” Instead of finding that the expansion of the Universe was slowing down, they discovered that it’s speeding up. That’s like trying to calculate how quickly apples fall from trees and finding that they actually fly off into the sky, faster and faster.

Since this amazing, Nobel prize winning discovery, astronomers have used several other methods to verify this mind-bending reality of the Universe. NASA’s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe studied the Cosmic Microwave Background Radiation of the Universe for 7 years, and put the amount of dark energy at 72.8% of the Universe. ESA’s Planck spacecraft performed an even more careful analysis and pegged that number at 68.3% of the Universe.

Einstein Lecturing. (Ferdinand Schmutzer, Public Domain)

Astronomers know that dark energy exists. There are multiple lines of evidence. But as with dark matter, they have absolutely no clue what it is. Einstein described an idea he called the cosmological constant. It was a way to explain a static Universe that really should be expanding or contracting. Once astronomers figured out the Universe was actually expanding, he threw the idea out.

Hey, not so fast there “Einstein”. Maybe just one of the features of space itself is that it pushes stuff away. And the more space there is, the more outward pressure you get. Perhaps from virtual particles popping in and out of existence in the vacuum of space.

Another possibility is a phenomenon called Quintessence, a negative energy field that pervades the entire Universe. Yes, that sounds totally woo-woo, thanks Universe, Deepak Chopra crazy talk, but it might explain the repulsive force that makes up most of the Universe. And there are other theories, which are even more exotic. But mostly likely it’s something that physicists haven’t even thought of yet.

So, how do we know dark energy exists? Distant supernovae are a lot further away from each other than they should be if the expansion of the Universe was slowing down. Nobody has any idea what it is, it’s a mystery, and there’s nothing wrong with a mystery. In fact, for me, it’s one of the most exciting ideas in space and astronomy.


Dual Interpretations: Milky Way's Outer Fringe of Stars Sparks Disagreement

It's well known that the Milky Way is a spiral galaxy, a swirl of stars in an extended, many-armed disk . But the structure of the galaxy is far from two-dimensional. Above and below those familiar spiral arms is a lesser-known feature, a spherical swarm of stars that makes up a halo around the disk.

For decades the presence of the halo has prodded astronomers to ask big questions about its nature: How is it structured? How do stars in the halo compare with disk stars such as our sun, or to stars elsewhere in the halo? And just how did the halo get there? In recent years a group of astronomers has suggested an answer to some of those big questions by drawing on a large telescopic survey of the sky.

The halo, they have concluded, is composed of at least two distinct populations of stars, with different chemical makeups and different orbits. One group of stars, dubbed the inner halo, generally orbits closer to the galactic center, and its members tend to contain more heavy elements such as iron than do stars farther out. (Halo stars as a whole are depleted in these heavy elements, relative to stars in the galactic disk.) Stars of the outer halo occupy somewhat wider orbits around the galactic center, contain lower levels of heavy elements, and—unlike the inner halo—tend to follow retrograde orbits, circling the Milky Way in a direction counter to the rotation of the galactic disk.

"We don't think it's just one halo," says Timothy Beers, an astronomer at the National Optical Astronomy Observatory and Michigan State University, who was lead author on a recent study in Astrofyysinen lehti. Beers, Daniela Carollo of Macquarie University in Australia and their colleagues based their analysis on data from the Sloan Digital Sky Survey , a long-running telescopic campaign based at Apache Point Observatory in New Mexico. "We advocate the position that we are looking at a minimum of a dual halo," he says.

As the Milky Way built up by accretion of smaller galaxies, the inner and outer halo would represent two different epochs of galactic assembly. "We actually think that the formation scenario was something you could describe as a multiphase assembly," Beers says. The inner halo would represent the remnants of relatively massive dwarf galaxies, which coalesced early on. Lighter-weight galaxies would have attached themselves later on in a very gradual agglomeration to form the outer halo.

The inner and outer halo are not cleanly divided, but the differences in how the two populations move could aid astronomers in finding extremely primitive stars, which contain primarily hydrogen and helium. Those were the raw materials for the first generation of stars, early in the history of the universe subsequent generations contained heavier elements that were fused in stellar cores and supernovae and then released into interstellar space. "Knowing that you have this dichotomy helps direct us to finding these interesting low-metallicity stars," Beers says. Outer-halo stars could be identified for detailed study by their distinctive motions on the sky. "Those are the ones that tell the story of how the universe built its elements," Beers says.

But not everyone agrees that the facts support the dual-halo interpretation. "I have a very relaxed opinion about single halos, dual halos, multiple halos," says astrophysicist Ralph Schönrich, a NASA Hubble Fellow at The Ohio State University. "I don't mind any idea of a dual halo. It's just that I don't see any evidence for it."

Schönrich and his colleagues published a 2011 paper, "On the Alleged Duality of the Galactic Halo." In typical fashion for astrophysics, where drafts of research papers often appear online months before going to press in peer-reviewed journals, the back-and-forth between Beers's group and Schönrich's has taken a dizzying, seemingly time-bending course, in which one paper refuted another that had not yet been published.

First Beers, Carollo and their colleagues published two studies, in 2007 and 2010, arguing for the dual nature of the halo. Then, later in 2010, Schönrich and his co-authors posted their rebuttal on arXiv.org, a preprint server in wide use by astronomers and physicists. Beers and his group responded on the arXiv in 2011 with the analysis that eventually appeared in Astrofyysinen lehti. But by the time that that study went to press, Schönrich’s team had already published its updated rebuttal in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, including a response to the Beers group's as-yet unpublished rejoinder to the initial draft of the rebuttal. The final, published version of the Beers paper, in turn, takes aim at the final, published version of the Schönrich paper in an appendix.

The details of the Schönrich critique, and of the Beers critique of that critique (and so on), quickly veer into the technical and arcane. But one issue at the heart of the disagreement is whether the distances to stars in the proposed outer halo have been significantly overestimated. In particular, "turnoff stars," which have expended their nuclear fuel and departed the so-called main sequence of stellar evolution, are difficult to diagnose from afar. "If you say it's a subgiant and in truth it's a dwarf star, then you're making a huge mistake," Schönrich says, adding that distance estimates for turnoff stars can be off by as much as 50 percent.

With flawed distances from the sun, which itself is zooming through the galaxy, stars can be incorrectly identified as moving in a retrograde fashion. Schönrich likens this to watching trees from a car: trees just beside the road zoom past in a blur, whereas trees set back by a few hundred meters appear almost stationary. So if a passenger in a moving vehicle sees trees flying rapidly past the window, and incorrectly believes those trees to be far away, he or she would have to conclude that the trees themselves are moving backward. "The point was really that we could see some of their signatures when we used only their stars," he says. "But they went away when we took out those turnoff stars that are contaminated by distance estimates."

For their part, Beers and his colleagues contended that Schönrich's group used a flawed distance scale in their critique. (Schönrich counters that he and his collaborators used multiple distance measures, so their analysis does not rest on any one method of estimating distances.) And Beers notes that recent work in theoretical astrophysics has shown that the two-halo interpretation fits naturally with the current picture of how galaxies take shape. "If we didn't find this inner-outer halo structure," he says, "then the question before us would be, 'Why not?'"

The debate remains unsettled as to what the data from the Sloan Digital Sky Survey show, but the larger question of how the Milky Way's halo is structured may soon be resolved. The European Space Agency is planning to launch a spacecraft called Gaia in 2013 to track the motions of roughly one billion stars with exquisite precision. Once Gaia returns its data, Beers says, the structure of the halo "will be absolutely apparent—it will be clear." And forthcoming ground-based telescopic campaigns , such as the one that will be carried out using the Large Synoptic Survey Telescope in Chile, will produce floods of data on astronomical objects near and far. “With the Sloan data we're just at the ragged edge of being able to see it," he says. "With the next big surveys it will be a slam dunk."


How The Hubble Space Telescope Changed The Universe

Astronaut Story Musgrave on an EVA to the Hubble Space Telescope. Image credit: NASA / STS-61.

The Hubble Space Telescope took its first images in 1990, but there was a problem: the primary mirror was flawed. It was ever-so-slightly the wrong shape, meaning that the images it returned wound up slightly blurred and imperfect. It was really starting in 1993 — after the first servicing mission — that the science really started to skyrocket. That, of course and the awe that it brought us back.

Astronaut Jeffrey Hoffman removes Wide Field and Planetary Camera 1 (WFPC 1) during change-out . [+] operations. Image credit: NASA, of the first Hubble servicing mission.

Not only did we fix the initial problem of the primary mirror and spherical aberration, but we were able to upgrade the main camera. What we installed — the Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) — was without a doubt the camera that changed the Universe.

The design of the Wide-Field and Planetary Camera 2. Image credit: STScI, via . [+] http://www.stsci.edu/instrument-news/handbooks/wfpc2/W2_14.html.

From 1993 to 2009, WFPC2 was the main, workhorse camera on the Hubble Space Telescope, and took a myriad of iconic images over its lifetime. Just looking at what the difference was for Hubble before and after the first servicing mission!

The before-and-after difference between WFPC1 and WFPC2. Image credit: NASA / STScI, via . [+] http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/1994/01/.

Although an incredible amount of science was revolutionized, five advances stand out, in particular, as images that changed our Universe forever.

1.) The original Hubble Deep Field. When you look up into the night sky, in some places there are stars, and in other places is just a black, empty abyss. You can see more stars with binoculars than your naked eye, and more with a telescope than with binoculars. But, at some point, you will have seen it all.

Well, in 1995, they decided to do an interesting experiment with the Hubble Space Telescope. Let’s take a blank patch of sky, one with practically no stars in it, one with no known galaxies, clusters, or — pretty much — anything of interest in it. And let’s point our telescope at it, for days, and let’s see what shows up.

The original target of the Hubble Deep Field. Image credit: NASA / Digital Sky Survey, STScI.

This image is only one degree on each side, or only 0.005% of the night sky. So you can appreciate just how minuscule this area is: the night sky is about 20,000 square degrees, while that little area is less than 0.002 square degrees! There are five faint stars in this field, and — before Hubble — they were the only things we knew of in this area.

Over the span of 10 days, WFPC2 took 342 images of this abyss, staring at this tiny, black patch of sky where nothing seemed to be, counting one photon here, one photon there, and often not seeing a single thing for minutes on end. At the end of 10 days, they stitched it all together, and here’s what they found.

The entire Hubble Deep Field. Image credit: R. Williams (STScI), the Hubble Deep Field Team and . [+] NASA.

Do you know how remarkable this is? Every point of light in this image that wasn’t one of the five stars identified up top is its own galaxy! We had no idea how deep, how dense, and how full of stuff the Universe is until we took this picture. Do you have any idea how many galaxies are in this image? Any idea — in less than 0.002 square degrees — how many galaxies there are?

Well, let’s just take 8% of this image, blown-up, of course, so you can count.

8 percent of the original Hubble Deep Field. Go ahead and count them! Image credit: R. Williams . [+] (STScI), the Hubble Deep Field Team and NASA.

And remember, every single blob, blur, or distant luminous dot is a galaxy! There’s about 350 of them in this image, according to my counts, more or less. If we do the math and extrapolate this to the entire night sky in both hemispheres (about 40,000 square degrees), we get that there are 10^11 galaxies in the Universe, or 100,000,000,000 galaxies!

For the first time, we had confirmation that there are at least a hundred billion galaxies in our Universe.

Jupiter and its active banded cloud system. Image credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team . [+] (AURA/STScI).

2.) Jupiter, the largest planet in our Solar System. Sure, it’s a beautiful sight, and Hubble can provide us with amazing views of its bands, its great red spot, and even its closest Moon, Io, actively erupting.

An active eruption plume on Io. Image credit: JPL/NASA/STScI, via . [+] http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01256.

But by far the greatest thrill — and the greatest thing it ever saw on that front — was born of pure serendipity. In 1994, Hubble imaged Jupiter getting hit by a comet!

High-resolution image of the fragments of the comet tidally torn apart by Jupiter, prior to the . [+] ultimate impact. Image credit: NASA, ESA, and H. Weaver and E. Smith (STScI).

First it observed the comet fragmenting (above), then it observed the multiple impact sites on Jupiter (below), which poked holes all the way through the massive, swirling clouds!

The scars on Jupiter from the impact of comet Shoemaker-Levy. Image credit: Hubble Space Telescope . [+] Comet Team and NASA.

The only better images we’ve ever gotten from Jupiter have come from physically going to Jupiter.

And yet, there are even more wondrous things that Hubble has done.

Image credit: NASA, STScI/AURA and the Hubble Heritage Team, via http://heritage.stsci.edu/2002/21/.

3.) Not just spirals and ellipticals, but Hubble takes a crazy image of an ultra-rare “ring” galaxy. There are two theories as to what makes a ring galaxy, and they both seem reasonable.

  • Accretion: an infalling galaxy (or any amount of matter) can get torn apart by a massive galaxy, and accreted into a circular ring around it. These definitely exist, as they are the only explanation for Polar-Ring galaxies. But there may be a second type.
  • A ripple from a collision: a massive galaxy might pass through the center of another massive galaxy. The ripple of matter and gas that moves outwards could trigger star-formation around the ripple. This theory has been around since the 1970s, but there was never incontrovertible evidence for it.

That is, until Hubble (with WFPC2, of course) snapped this photo.

The gravitationally interacting system, Arp 147. Image credit: Arp 147, via NASA, ESA, and M. Livio . [+] (STScI).

Say hello to Arp 147, the only known pair of gravitationally interacting galaxies where both of them have rings! Based on their motion, we can tell that they’re moving away from each other and they’re the same distance away from us.

This means that they’ve just collided, and since they both have rings, this tells us that the ripple of star-formation is happening in both galaxies! It’s the only time we’ve ever observed this for two galaxies, and we owe it all to Hubble!

A perfectly aligned gravitational lens system will create a ring. Image credit: Bill Saxton, . [+] NRAO/AUI/NSF.

4.) Gravitational lenses. Once in awhile, we get very lucky in the Universe. Instead of looking out and seeing a galaxy or a cluster of galaxies, we have two or more galaxies or clusters that are all aligned with one another. When this happens, the galaxy or cluster in the middle acts like a lens and can both magnify and distort the image of whatever’s behind it.

In theory, you’re supposed to get arcs of the lensed images that are magnified and either stretched or present in multiple images. In practice, this is very difficult to do, because of how faint these distant objects are and how susceptible they are to atmospheric distortion. Here’s what “gravitational lensing” looked like before-and-after the Hubble Space Telescope.

Two ground-based images (left) and a 1990 Hubble image (right) of the same four-imaged distant . [+] quasar, known as the Einstein Cross.

If the image on the right a disappointment, it should be! It’s barely better than what we see from the ground. But that’s a Hubble image from 1990, before the repairs and before the new camera.

Thanks to WFPC2, a huge number of gravitational lenses — multiple images, arcs and great magnification — were found.

A series of gravitational lenses found by Hubble. Image credit: Kavan Ratnatunga (Carnegie Mellon . [+] Univ.) and NASA/ESA.

But it gets even better. When you look at a cluster, sometimes you get lucky, and there are galaxies (or even other clusters) directly behind it. These background galaxies can show up as lensed images. You see those blue arcs, that look like they trace out part of a circle? Those are the same few galaxies, stretched and shown multiple times. Because of the high resolution of Hubble with WFPC2, they were able to pull out which images were of the same galaxy, and reconstruct resolutions down to less than one arc-second , or 1/12,960,000 of a square degree!

Four independent images of a multiply lensed galaxy. Image credit: W.N. Colley and E. Turner . [+] (Princeton University), J.A. Tyson (Bell Labs, Lucent Technologies) and NASA/ESA.

Someday soon, we’ll be able to use this technique to determine how much the various light paths are time-delayed, since when a transient event occurs in this background galaxy — like a supernova — it will appear at four different times in each image! We've already seen this happen, again thanks to Hubble, but in a different configuration.

5.) Stars: how they are born and how they die. Perhaps no other tool, koskaan, has been more useful for discovering how stars are born and how they die than WFPC2. Many stars, at the end of their lives, blow off their outer layers, creating a bright planetary nebula that lives for about 10,000 years.

The Hubble Space Telescope with WFPC2 took a look at the Cat’s Eye nebula about 15 years ago, making it the first planetary nebula imaged with the new optics and WFPC2. Tulokset?

The first Hubble image of the Cat's Eye Nebula. Image credit: J.P. Harrington and K.J. Borkowski . [+] (University of Maryland), and NASA/ESA.

Seriously. Is there anything to say other than holy crap ?! But it gets better. You see, these things completely litter the Milky Way. We can do an estimate there are around 400 billion stars in our galaxy, each star lives roughly 10 billion years, which means about 40 stars die per year. This means that, at any given time, there are about 400,000 planetary nebulae in our galaxy. There are a few spectacular ones that WFPC2 has caught, such as the Hourglass Nebula:

The Hourclass Nebula. Image credit: R. Sahai and J. Trauger (JPL), WFPC2 Science Team and NASA.

The Hubble 5 nebula, as colored based on oxygen and nitrogen lines. Image credit: ESA/Hubble & NASA.

And the nebula Mz3, known as the “Ant Nebula.”

The Ant Nebula as imaged by Hubble. Image credit: ESA/Hubble & NASA.

And so this camera has taught us a lot about how stars die. But what it’s also told us about is how and where they’re born! You see, these nebulae don’t just dissipate after a few thousand years they often spit out entire star systems worth of gas, and trigger the formation of new stars. One of the most spectacular pictures took place deep inside the Eagle Nebula.

And when Hubble imaged the pillars at the center of it, it was one of the most amazing things ever.

The original Pillars of Creation image at the heart of the Eagle Nebula. Image credit: NASA, Jeff . [+] Hester, and Paul Scowen (Arizona State University).

And so in all these different ways, the WFPC2 camera totally changed our view of the Universe!

But I don’t want you to think this is the end in 2009, it was replaced with Hubble’s final servicing mission. And in practically all ways imaginable, what we have now is kaukana superior. From the latest eXtreme Deep Field, which goes practically twice as deep as the first one:

The full UV-visible-IR composite of the Hubble eXtreme Deep Field the greatest image ever released . [+] of the distant Universe. Image credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI).

To galaxies in details we’d never imagined:

Stephan's Quintet of galaxies. Image credit: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team.

To the planetary nebulae of dying stars.

The Butterfly Nebula. Image credit: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team.

To gravitational lenses that you never could have imagined:

A near-perfect ring from the lensing effect of the foreground mass. Image credit: ESA/Hubble & NASA.

And finally, to an even greater image of the pillars of creation than you’d dare to dream of.

The update Pillars of Creation, based on 20+ years of Hubble data. Image credit: NASA, ESA/Hubble . [+] and the Hubble Heritage Team Acknowledgement: P. Scowen (Arizona State University, USA) and J. Hester (formerly of Arizona State University, USA).

So don’t just have a look back at the amazing science we’ve done and how the Hubble Space Telescope has changed our view of the Universe forever look forward to what we’re doing now and what new wonders might be in store. The Universe is all ours. All we need to do is look.


Alien hunting just got a little harder

On Tuesday, Dec. 1, the Arecibo Observatory’s iconic radio telescope in Puerto Rico finally collapsed, after hanging on by a literal thread for nearly five months (two mysterious cable-snapping incidents in August and November left the telescope in dire condition).

The tragic collapse ends Arecibo’s 57-year legacy of searching the cosmos for signs of extraterrestrial life. In 1974, the telescope broadcast the now-famous “Arecibo Message,” declaring the technical prowess of humanity to any intelligent extraterrestrials that might be listening. So far, there have been no answers – but that message to the stars inspired the 1997 film “Contact,” in which the Arecibo telescope plays a starring role. The telescope’s loss leaves a gap in SETI that won’t easily be filled.


Katso video: VLOG 4: Tutustumassa Hongkongiin, viiden päivän matka, Osa 1 Häät, Victoria-huippu, Lamma -saari香港 (Lokakuu 2021).