Як Едвін Габбл відкрив безмежність Всесвіту у 1923 році

У ніч з п'ятого на шосте жовтня 1923 року американський астроном Едвін Габбл зробив відкриття, яке назавжди змінило наше розуміння космосу. Працюючи з телескопом Гукера діаметром сто дюймів в обсерваторії Маунт Вілсон поблизу Пасадени в Каліфорнії, він спостерігав за слабкою плямою світла на нічному небі. Габбл зробив серію фотографічних пластин цього об'єкта. Ці досить розмиті та невиразні знімки згодом спричинили революцію в космології.

Спочатку Габбл припустив, що виявлений об'єкт є новою зіркою, тобто зіркою, що вибухає. Однак детальніше вивчення показало, що світло зірки змінювалося за інтенсивністю протягом ночі, спочатку яскравішало, потім тьмяніло, а потім знову яскравішало за передбачуваною схемою. На одній із фотографічних пластин Габбл закреслив літеру «N», що позначала нову зірку, і замінив її на «VAR», що означало змінну зірку.

Об'єкт, названий M³¹-V1, виявився цефеїдою — типом зірки, яка коливається за яскравістю з вражаючою регулярністю. Габбл не був першим, хто відкрив ці космічні «стандартні свічки». У 1912 році астроном Гарвардської обсерваторії Генрієтта Свон Лівітт склала каталог світності та періоду коливань двадцяти п'яти цефеїд у Малій Магеллановій Хмарі, сусідній карликовій галактиці. Вона виявила, що чим яскравіша цефеїда, тим повільніше вона мерехтить.

Однак спостереження Габбла виявилися ключовими для вирішення великої дискусії, що точилася в той час серед астрономів. Астроном Гарлоу Шеплі вважав, що Чумацький Шлях становить весь Всесвіт. Його суперник Гебер Кертіс провів приблизні вимірювання відстані до сусідньої Андромеди, також відомої як Мессьє 31, які дали підстави припустити, що ми живемо у «острівному всесвіті», наповненому великими та приголомшливо віддаленими галактиками.

У темну ніч наша сусідня галактика завжди була видимою неозброєним оком, але протягом років спостерігачі за небом дискутували про те, чим вона є — сузір'ям, туманністю чи іншою галактикою. Відкриття Габблом цефеїди в сусідній галактиці підтримало аргумент Кертіса про те, що Андромеда є окремою галактикою, відмінною від нашої.

Габбл продовжив вимірювання цефеїди M³¹ протягом декількох ночей упродовж року. Змінна інтенсивність світла мерехтливої зірки дозволила Габблу обчислити, що Андромеда знаходиться на величезній відстані дев'ятсот тисяч світлових років від Землі. Хоча сучасні вимірювання показують, що фактична відстань становить близько двох з половиною мільйонів світлових років, сам факт того, що Андромеда знаходиться далеко за межами Чумацького Шляху, був революційним відкриттям.

Робота Лівітт над цефеїдами виявилася неоціненною і для іншого великого відкриття Габбла — розширення Всесвіту. Хоча інші вчені, зокрема Жорж Леметр, теоретично обґрунтували розширення Всесвіту, використовуючи загальну теорію відносності Ейнштейна, саме Габбл підтвердив це точними обчисленнями.

Він поєднав дані Лівітт про відстані до цефеїд з даними Мілтона Гумасона та інших дослідників, які показували «червоне зміщення» галактик. Червоне зміщення — це явище, при якому довжини хвиль світла розтягуються або зміщуються до червоного кінця спектра через ефект Доплера, коли об'єкти віддаляються від нас. Більш віддалені об'єкти мали вище червоне зміщення, що свідчило про те, що вони віддаляються швидше, ніж близькі об'єкти.

Обчислена Габблом швидкість розширення отримала назву сталої Габбла. Після відкриття цефеїди M³¹-V1 численні докази підтвердили, що ми живемо у Всесвіті, який постійно розширюється. З відкриттям темної енергії в дев'яностих роках двадцятого століття ми тепер знаємо, що це розширення прискорюється.

Проте сучасні вимірювання швидкості розширення Всесвіту не узгоджуються між собою. Це розбіжність стала однією з найбільших загадок сучасної космології. Визначення джерела цієї невідповідності може прокласти шлях до відкриття нової фізики та знову перевернути прийняті космологічні моделі.

Відкриття Габбла стало поворотним моментом в історії астрономії. Воно не лише розширило наше розуміння масштабів космосу, але й заклало основу для сучасної космології. Телескоп Гукера, за допомогою якого було зроблено це відкриття, на той час був найбільшим у світі. Його потужність дозволила Габблу побачити те, що раніше було недоступним для спостереження.

Робота Габбла також підкреслює важливість попередніх досліджень. Без каталогізації цефеїд Генрієттою Свон Лівітт та її відкриття залежності між періодом коливань і світністю цих зірок, Габбл не зміг би зробити свої революційні висновки. Це яскравий приклад того, як наукові відкриття будуються одне на одному, створюючи фундамент для майбутніх проривів.

Спадщина Габбла продовжує жити в сучасній астрономії. На його честь названо космічний телескоп Габбла, який з 1990 року надає астрономам неймовірні зображення далекого космосу та продовжує розширювати наше розуміння Всесвіту. Відкриття, зроблене тієї жовтневої ночі 1923 року, назавжди змінило наше місце у космосі — від мешканців єдиного острова світла до жителів однієї з мільярдів галактик у безмежному Всесвіті.