Століття тому, у зоряну ніч на стику 5 та 6 жовтня 1923 року, світ пізнав справжній масштаб Всесвіту завдяки Едвіну Габблу. Працюючи з потужним 100-дюймовим телескопом Гукера в обсерваторії Маунт-Вілсон, що розташувалася поблизу Пасадени, Каліфорнія, — осередку передових астрономічних досліджень того часу — Габбл сфокусувався на ледь помітній світлій плямі. Він зробив серію фотографічних знімків цього об’єкта. Ці досить нечіткі, невиразні зображення згодом докорінно змінили наше уявлення про космос.
Спочатку Габбл вважав, що спостерігає нову — тип зорі, що переживає спалах. Проте, прискіпливіший аналіз виявив, що світло зорі змінювало свою інтенсивність протягом ночі: яскравішало, тьмянішало і знову розгорялося за передбачуваною схемою. На одній з фотопластин він перекреслив літеру “N” (що означає “нова”) і замінив її написом “VAR!” – скороченням від “змінна зоря” (variable star).
Відкриття, що розширило межі відомого
Зорю назвали M31-V1, і це була цефеїда – особливий різновид змінних зір, що коливаються в інтенсивності з дивовижною регулярністю. Едвін Габбл не був першим, хто відкрив ці своєрідні космічні “стандартні свічки”. Ще 1912 року астрономка Гарвардської обсерваторії Генрієтта Свон Лівітт каталогізувала світність і період (схему яскравішання та тьмянішання) 25 цефеїд у Малій Магеллановій Хмарі, близькій карликовій галактиці. Вона з’ясувала, що чим яскравіша цефеїда, тим повільніше вона пульсує. Це фундаментальне співвідношення між світністю та періодом стало неоціненним інструментом для вимірювання космічних відстаней, прокладаючи шлях для наступних відкриттів.
Спостереження Габбла мали вирішальне значення для великих наукових дебатів, що вирували в той час. Астроном Гарлоу Шеплі дотримувався думки, що Чумацький Шлях, наша рідна галактика, становить увесь Всесвіт. Його опонент, Гебер Кертіс, провів приблизні вимірювання відстані до сусідньої галактики Андромеди, також відомої як Мессьє 31, і припустив, що ми живемо в “острівному Всесвіті”, який кишить великими та неймовірно віддаленими галактиками. Андромеда – одна з найближчих спіральних галактик до Чумацького Шляху, видима неозброєним оком у темну ніч. Протягом століть спостерігачі неба сперечалися, чи є вона сузір’ям, туманністю чи окремою зоряною системою.
Відкриття Габблом цефеїди у галактиці Андромеда підтвердило аргумент Кертіса, що Андромеда є окремою зоряною системою. Габбл вимірював цефеїду M31 протягом кількох ночей упродовж року. Змінна світність цієї мерехтливої зорі дозволила Габблу обчислити, що Андромеда розташована на величезній відстані — близько 900 000 світлових років від нас. Це відкриття не лише розв’язало “Великі дебати” про природу “спіральних туманностей”, але й відкрило людству розуміння безмежної природи космосу.
Фундамент для розуміння Всесвіту, що розширюється
Праці Лівітт щодо цефеїд виявилися безцінними для іншого визначного відкриття Габбла: розширення Всесвіту. Хоча інші вчені, такі як бельгійський священник та астроном Жорж Леметр, вже теоретизували про розширення Всесвіту, спираючись на загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна, саме Габбл підтвердив це завдяки точним розрахункам.
Він поєднав дані Лівітт про відстані до цефеїд з даними Мілтона Г’юмасона та інших дослідників, які демонстрували “червоне зміщення” галактик. Червоне зміщення – це явище, коли довжини хвиль світла розтягуються або зміщуються до червонішого кінця спектра внаслідок ефекту Доплера, коли об’єкти віддаляються від нас. Більш віддалені об’єкти мали вище червоне зміщення, що свідчило про їх швидше віддалення, ніж ближчі.
Обчислена Габблом швидкість розширення згодом отримала назву “стала Габбла”. Від моменту відкриття цефеїди M31-V1, численні докази підтвердили, що ми живемо у Всесвіті, який постійно розширюється. А з відкриттям темної енергії у 1990-х роках стало відомо, що це розширення прискорюється. Однак, сучасні вимірювання швидкості розширення Всесвіту не збігаються між собою. Визначення джерела цієї розбіжності може відкрити шлях для виявлення нової фізики та знову перевернути усталені космологічні моделі.
