Το Σύμπαν διαστέλλεται «πιο γρήγορα από ό,τι θα έπρεπε». Measurement of Universe's expansion rate creates cosmological puzzle

H ταχύτητα με την οποία οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους δείχνει να αυξάνεται πιο γρήγορα από ό,τι είχε εκτιμηθεί. Το κοσμολογικό μυστήριο προσπαθούν να λύσουν ανεξάρτητοι ερευνητές. The cosmic distance ladder, symbolically shown here in this artist's concept, is a series of stars and other objects within galaxies that have known distances. The most precise measurement ever made of the current rate of expansion of the Universe has produced a value that appears incompatible with measurements of radiation left over from the Big Bang. If the findings are confirmed by independent techniques, the laws of cosmology might have to be rewritten. Credit: NASA/JPL-Caltech

Αν οι τελευταίες παρατηρήσεις επιβεβαιωθούν από ανεξάρτητους ερευνητές, οι κοσμολόγοι θα πρέπει να επιστρέψουν στα θρανία: η ακριβέστερη μέχρι σήμερα μέτρηση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος δίνει μια τιμή που δείχνει ασύμβατη με τις προβλέψεις. Το Σύμπαν δείχνει να διαστέλλεται 8% ταχύτερα από το αναμενόμενο αναφέρει η ομάδα του Άνταμ Ρις στο Πανεπιστήμιο της Βαλτιμόρης στο Μέριλαντ.

«Νομίζω πως υπάρχει κάτι που δεν κατανοούμε στο κοσμολογικό μοντέλο» σχολιάζει ο ερευνητής στο δικτυακό τόπο του «Nature». Η μελέτη έχει υποβληθεί για δημοσίευση σε επιστημονική επιθεώρηση και είναι διαθέσιμη στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv.

Οι ανακαλύψεις

Δεδομένα από γαλαξίες όπως ο M101, επιτρέπουν στους επιστήμονες να υπολογίσουν την ταχύτητα με την οποία διαστέλλεται το σύμπαν. Data from galaxies such as M101, seen here, allow scientists to gauge the speed at which the universe is expanding. Credit: X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: Detlef Hartmann; Infrared: NASA/JPL-Caltech

To 1998, o Ρις και άλλοι επιστήμονες ανακάλυψαν έκπληκτοι ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται, αντί να επιβραδύνεται λόγω της βαρύτητας όπως πίστευαν οι περισσότεροι μέχρι τότε. Η επιτάχυνση πιστεύεται ευρέως ότι οφείλεται στη «σκοτεινή ενέργεια», μια δύναμη άγνωστης προέλευσης που δρα αντίθετα από τη βαρύτητα και κάνει τους γαλαξίες να απομακρύνονται μεταξύ τους με όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα.

Η ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος σε οποιαδήποτε φάση της εξέλιξής του είναι δυνατό να εκτιμηθεί έμμεσα από τη λεγόμενη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, ή CΜΒ, το απόφωτο μιας λάμψης που γέμισε τα πάντα όταν το Σύμπαν είχε ηλικία περίπου 380.000 ετών. Τα φωτόνια αυτής της λάμψης γεμίζουν ακόμα και σήμερα τον ουρανό στο φάσμα των μικροκυμάτων.

Η ακριβέστερη ως σήμερα μελέτη του CMB ολοκληρώθηκε τα τελευταία χρόνια από το ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Planck. Η νέα μελέτη δίνει ταχύτητα διαστολής 8% μεγαλύτερη από ό,τι το Planck.

Το 1929, ο Έντγουιν Χαμπλ περνάει στην ιστορία ως ο άνθρωπος που ανακάλυψε πρώτος πως το Σύμπαν δεν είναι στατικό, αλλά διαστέλλεται. Δύο χρόνια πριν, το 1927, ο Λεμέτρ είχε δημοσιεύσει τη δική του θεωρία για τη διαστολή του Σύμπαντος στα Χρονικά της Επιστημονικής Εταιρείας των Βρυξελλών, μία επιστημονική επιθεώρηση που λίγοι γνώριζαν. Το αποτέλεσμα είναι η ανακάλυψη του να μην διαδοθεί. Το 1929 ο Χαμπλ ολοκληρώνοντας τη δική του έρευνα καταλήγει στα ίδια αποτελέσματα, τα οποία και δημοσιεύει. Η ανακάλυψη της διαστολής του Σύμπαντος χρεώνεται στον Χαμπλ.

Η αλήθεια είναι ότι οι εκτιμήσεις με βάση τα δεδομένα του Planck βρίσκονταν ούτως ή άλλως σε ασυμφωνία με τις άμεσες μετρήσεις της λεγόμενης σταθεράς του Χαμπλ, της ταχύτητας με την οποία οι κοντικοί γαλαξίες απομακρύνονται από τον δικό μας Γαλαξία (o Έντουιν Χαμπλ ήταν ο αστρονόμος που ανακάλυψε τη δεκαετία του 1930 ότι το Σύμπαν δεν είναι στατικό αλλά διαστέλλεται). Μέχρι σήμερα, όμως, οι φυσικοί πίστευαν ότι η απόκλιση οφειλόταν απλά στο μεγάλο περιθώριο σφάλματος κατά τις μετρήσεις της σταθεράς του Χαμπλ.

Η νέα μελέτη του Ρις, η οποία βασίστηκε στο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble για να μετρήσει τις ταχύτητες 18 γαλαξιών, περιορίζει τώρα την αβεβαιότητα της μέτρησης από το 3,3 στο 2,4 τοις εκατό και υποδεικνύει ότι η απόκλιση από τα δεδομένα του Planck είναι πιθανότατα πραγματική.

Όπως λέει ο ίδιος ο ερευνητής, αν δεν εντοπιστούν σφάλματα σε έναν από τους δύο τρόπους μέτρησης, τότε κάτι θα πρέπει να αλλάξει στο καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας.

Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η λεγόμενη σκοτεινή ύλη, ένα αόρατο υλικό άγνωστης σύστασης που ξεπερνά την κανονική ύλη στο Σύμπαν σε αναλογία πέντε προς ένα, έχουν ασυνήθιστες ιδιότητες που μπορεί να επηρέασαν την εξέλιξη του νεαρού Σύμπαντος. Μια άλλη εξήγηση είναι ότι η δύναμη της σκοτεινής ενέργειας αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου αντί να μένει σταθερή όπως πιστεύουν μέχρι σήμερα οι κοσμολόγοι.

Και μια τρίτη εξήγηση είναι ότι η ομάδα του Δρ Ρις απλώς έκανε δεν μέτρησε σωστά τις ταχύτητες των υπό εξέταση γαλαξιών. Τα συναρπαστικά ευρήματα θα πρέπει επομένως να επιβεβαιωθούν με ανεξάρτητες μετρήσεις. Θα δούμε τότε αν το μυστήριο παραμένει ή αν θα αποδειχθεί φούσκα.