Орчлон ертөнцийн тэлэлт хурдасч байна

1927 онд Белгийн одон оронч, физикч Georges Lemaître тэлж буй орчлон ертөнцийн тухай төсөөллийг анх танилцуулсан бол 2 жилийн дараа Америкийн одон оронч Edwin Hubble орчлон ертөнц үнэхээр тэлж байгааг анхлан ажиглалтаар тогтоосон байдаг. Эдгээр нь орчлон ертөнцийн гарал үүслийн талаархи хамгийн үнэмшилтэй гэгдэх болсон "Их тэсрэлт"-ийн онолын үндэс суурь болсон юм. Үүнээс гадна "Их тэсрэлт"-ийн загварыг бүрэлдэн тогтоход Эйнштэйний харьцангуйн онол чухал үүрэг гүйцэтгэсэн гэж үздэг. Харин 1964 онд Америкийн физикч Arno Penzias, одон оронч Robert Wilson нар сансарын богино долгионы цацрагийг санамсаргүй нээснээр уг онолыг үндэслэлтэй байж болохыг нотложээ. Сансрын богино долгионы цацраг нь огторгуй маш халуун төлөв байдлаас хөрч өнөөг хүрсэн гэдгийг батладаг.

"Их тэсрэлт"-ийн онолоор орчлон ертөнц 13.7 тэрбум жилийн өмнө хэмжээлшгүй их нягттай материйн хоромхон зуурын дэлбэрэлтээс үүссэн гэж үздэг бөгөөд өнөөгийн шинжлэх ухаан ч үүнийг хүлээн зөвшөөрч байна. Харин орчлон ертөнц яг одоо ямарт төлөв байдалд байгаа, цаашдын хувь тавилан, түүний эцэс төгсгөл ямархуу дүр төрхтэй байх талаар эрдэмтэд саяхныг хүртэл голлох 2 онол дээр санал хуваагдаж байв. Эхний онолоор тэлэлт тогтмол хурдаар тогтвортой явагдана, удаах онолоор гравитацийн хүчний үйлчлэлийн нөлөөгөөр тэлэлтийн хурд саарч орчлон ертөнц эргэж агшиснаар эцэстээ "Их нягтрал"-д хүргэнэ гэж үзэж байв.

Харин эдгээр онолуудыг няцааж, "орчлон ертөнцийн тэлэлт улам илүү хурдасч байгаа"-г 1998 онд нээсэн Saul Perlmutter, Brian Schmidt, Adam Riess нар энэ онд физикийн салбарт нобелийн шагнал хүртлээ. Энэхүү нээлт физикч Perlmutter-ийн 1988 оноос хийж эхэлсэн судалгаанаас эх үүсвэртэй юм. Тэрээр орчлон ертөнцийн ирээдүйг тодорхойлохын тулд түүний тэлэлтийн хурдыг хэмжихийг зорьсон байна. Үүний тулд хамгийн алс холын оддын гэрлийг хэмжих шаардлагатай бөгөөд хэмжилтэд хамгийн тохиромжтой, одод дундаас хамгийн тод гэрэлтэлттэй нэн шинэ оддыг онцолсон нь тун зөв шийдвэр байжээ. Нэн шинэ одны гэрэл цагаан байдаг боловч хэт алсад байрлах ийм оддын гэрэл илүү бараан харагддаг байна.

Харин биднээс алслан холдож байгаа оддын гэрлийн спектрийн долгионы урт нэмэгдэж улаан өнгөнд шилждэг. Энэхүү улааны шилжилтийг хэмжсэнээр тухайн одны хурдыг тооцоолж мэдэх боломжтой гэдгийг Edwin Hubble анх нээжээ. Од хүртэлх зайг түүний алслах хурдтай харьцуулан графикаар үзүүлбэл нарны аймгийн ойр орчимд шулуун шугам гарах бөгөөд энэ нь тэлэлтийн хурд тогтмол гэдгийг илэрхийлнэ. Хэрэв алсад байрлах нэн шинэ оддын өгөгдлүүдийг адил графикт дүрслэхэд шулуун шугам хэвээр байвал тэлэлтийн хурд тогтмол гэсэн үг юм. Тухайн үед алс холын нэн шинэ оддыг илрүүлэх арга нээгдээгүй байсан нь Perlmutter-ийн судалгаанд хүндрэл учруулж байв.

Мөн нэг галактикаас нэг нэн шинэ од эрж олно гэдэг 100 жилд ганц олдох ховор тохиолдол байдаг ажээ. Харин Perlmutter тодорхой хугацааны давтамжтайгаар хэдэн арван мянган галактикийн зургийг сансарын дуран авайгаар авч харьцуулах аргыг бодож олсон байна. Нэн шинэ одны хамгийн тод гэрэлтэлт богино хугацаанд үргэлжилдэг учир эдгээр зургуудаас илрүүлэх боломжтой байв. Perlmutter 3 жилийн турш ажиглалт хийж байж анхны нэн шинэ одыг нээжээ. Харин физикч мэргэжилтэй түүнд өөрийн хүссэнээр сансарын дуран авай ашиглах боломж тухайн үед олдоогүй байна. Иймд одон орончдод хүсэлт тавьж тэдний дэмжлэгтэйгээр нэн шинэ оддыг удаа дараалан илрүүлэн, судалгаагаа үргэлжлүүлэх болжээ.

Тэр үед одон орны салбарын бус боловч нэн шинэ одны судалгаа хийж нэлээдгүй амжилт олж байгаад цочирдсон олон одон орончдын нэг нь Австралийн эрдэмтэн Brian Schmidt байв. Тэрээр 1995 оны эхээр Perlmutter-тэй адил төрлийн судалгаа хийж эхэлснээр 2 эрдэмтний өрсөлдөөн эхэлсэн байна. Жилийн хугацаанд Perlmutter-ийн баг 11 нэн шинэ од нээсэн бол Schmidt-ийн багийн ажиглалтын програм хангамж доголдох зэргээр саад бэрхшээл тасралтгүй гарч дөнгөж 2 шинэ одыг илрүүлсэн байна. 1996 оны эхээр тухайн үеийн хамгийн нарийвчлал сайтай сансарын Хабл дуранг ашиглах боломж 2 багт олдож ээлжлэн ажиглалт хийх болжээ.

Харин Perlmutter Хаблийн ажиглалтын үр дүнг хүлээлгүйгээр 1996 оны зун өмнөх судалгааны үр дүнгээ танилцуулж түүнд үндэслэн "орчлонгийн тэлэлт удааширч байна" гэж зарласан байна. Гэхдээ хэмжилтийн нарийвчлал хангалттай хэмжээнд хүрээгүй учир эрдэмтдийн дэмжлэгийг авч чадсангүй. Тэрээр илүү олон нэн шинэ од нээсэн боловч тэдгээрийн хэмжилтийн үр дүнд хийх боловсруулалтын нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх тал дээр эсрэг багаас хоцорч байв. Шалтгаан нь сансарын тоосонцрын нөлөөллийг хангалттай тооцож чадаагүйгээс хэмжилтийн алдаа харьцангуй өндөр гарсанд байжээ. Сансарын тоосонцор нэн шинэ одны гэрлийг хааж бүдгэрүүлснээс түүнийг бодит байдлаас илүү хол харагдуулж байв.

Харин шинэ од нээх тал дээр хоцорч байсан Schmidt-ийн багт нобелийн шагнал авсан гуравдах эрдэмтэн болох Adam Riess байв. Тэрээр хэмжилтийн мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийхдээ гаргууд сайн мэргэжилтэн байсан бөгөөд тоосонцорын нөлөөллийг тооцож засварлах аргачлалыг боловсруулсан байна. Үүний үр дүнд хэмжилтийн нарийвчлалыг тухайн үеийн бусад аргачлалуудаас 9 дахин нэмэгдүүлж чаджээ. Тэрээр хэмжилтийн үр дүнг боловсруулах явцдаа орчлон ертөнцийн тэлэлт хурдасч байгааг харуулах үр дүнг анх олж харсан байна. Schmidt, Adam нарын баг судалгааны гайхалтай үр дүнд дөхөж очсон тэр үед буюу 1998 оны 1 сард өрсөлдөгч Perlmutter-ийн баг судалгааны шинэ үр дүнгээ дахин танилцуулсан байна. Энэ удаад нарийвчлалыг хангалттай хэмжээнд хүртэл нэмэгдүүлэн "орчлон ертөнц мөнхөд тэлнэ" гэж зарласан нь 1 жилийн өмнөх дүгнэлтээс 180 хэм эргэсэн хэрэг байв.

Гайхалтай нь Perlmutter-ийн судалгааны үр дүнгээс Schmidt-ийн судалгаатай адилаар "орчлон ертөнцийн тэлэлтийн хурд нэмэгдэж байна" гэсэн дүгнэлт давхар гаргаж болох нь илэрхий байжээ. Өөрөөр хэлбэл хоорондоо хамааралгүйгээр бие даан судалгаа хийсэн 2 багийн үр дүн адилхан байв. Мөн оны 5-р сард Америкийн эрдэм шинжилгээний Fermi хүрээлэнд болсон дэлхийн хэмжээний тэргүүлэх одон орончид, физикчдийн нэгдсэн зөвлөгөөнд хангалттай тооны нэн шинэ од нээсэн 2 баг судалгааны шинэ үр дүнгүүдээ танилцуулжээ. Эцэст нь тэдний нээлт болох "орчлон ертөнцийн тэлэлт хурдасч байгаа"-г хүлээн зөвшөөрөх эсэхийг шийдвэрлэх санал хураалт явуулахад танхимд цугласан 60 гаруй эрдэмтдийн гуравны хоёр нь зөвшөөрч санал өгсөн байна.

Ийнхүү эрдэмтдийн өрсөлдөөн, магадгүй хор шарын нөлөөгөөр хийгдсэн нээлт шинжлэх ухаанд хүлээн зөвшөөрөгдөх болж нээсэн эрдэмтэд нобелийн шагнал авахад хүргэсэн юм. Энэхүү шинэ нээлтээр орчлон ертөнцийн тэлэлтийн хурд нэмэгдэж байгаа нь тодорхой болсон боловч түүний шалтгааныг одоогоор хүлээн зөвшөөрөгдөж буй физикийн хуулиудаар тайлбарлах боломжгүй юм. Тэлэлт хурдасч, одод галактикууд цаг өнгөрөх тусам бие биенээсээ улам алсан холдож байгаа нь гравитацийн хүчнээс илүүтэйгээр тэдний хооронд түлхэлцэх хүч үүсгэх нууцлаг энерги оршин байгааг харуулж байгаа хэрэг юм. Уг нууцлаг энергийг өдийг хүртэл тодорхойгүй байгаа сансарын хар матери, хар энергийн нөлөө хэмээн тайлбарлаж байна. Өөрөөр хэлбэл энэхүү нээлт нь сансарын хар энерги оршин байгааг давхар нотлож байгаа юм.

Уг нээлт нэгэн сонирхолтой тохиолдлоор Эйнштэйнтэй холбогддог. Эйнштэйн харьцангуйн онолын томьёоллоо боловсруулж байхдаа орчлон ертөнц тэлэхгүй, агшихгүй, нэг хэвийн тогтонги төлөв байдалд байна гэж үзэж байв. Гэтэл гравитацийн хүчний нөлөөллийг тооцож үзвэл галактикууд бие биедээ татагдаж орчлон ертөнц нягтарч агших дүр зураг харагдана. Иймд тэрээр гравитацийн хүчний эсрэг үйлчилж тогтонги төлөв байдлыг хадгалах нөхцөл болох сансарын тогтмол (сosmological constant) хэмээх хэмжигдэхүүнийг томьёлолдоо оруулсан байдаг. Мөн тухайн үед хар энерги, хар материйн тухай ойлголт огт байгаагүй юм. Харин Hubble-ын ажиглалтаар орчлон ертөнц тэлж байгааг тогтоосны дараа Эйнштэйн сансарын тогтмолыг өөрийн амьдралдаа хийсэн хамгийн том алдаа гэж үзэх болсон байна. Тэгвэл тэлэлт хурдасч байгааг нотлосон нээлт нь сансарын тогтмолыг байх ёстой хэмжигдэхүүн гэдгийг илэрхийлж, түүнийг шинэ утга агуулгаар баяжуулжээ.

Орчлон ертөнцийн ирээдүйн загварууд;
a. Тэлэлт саарч агших загвар, b. Тогтвортой тэлэх загвар, c. Тэлэлт хурдсах загвар (шинэ нээлт)

Saul Perlmutter, Brian Schmidt, Adam Riess

Ia төрлийн нэн шинэ од

эх сурвалж; NHK

Одон орон, Сансар судлал, Физик, Энерги