«Πλήγμα» στο κοσμολογικό μοντέλο από νέα μέτρηση της συμπαντικής διαστολής. Astronomers measure universe expansion, get hints of 'new physics'

H σταθερά του Hubble που υπολογίστηκε από την κοινοπραξία H0LiCOW, είναι 71.9±2.7 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά μεγα-παρσέκ, με ακρίβεια 3.8%. International astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have made an independent measurement of how fast the Universe is expanding. The newly measured expansion rate for the local Universe is consistent with earlier findings. These are, however, in intriguing disagreement with measurements of the early Universe. Credit: NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge)

Αν και όλες οι ενδείξεις συνηγορούν στο γεγονός ότι το σύμπαν διαστέλλεται, ποιος είναι ο ρυθμός της διαστολής; Η φυσική δεν μπορεί να δώσει κατηγορηματική απάντηση σε αυτό το ερώτημα, καθώς μετρήσεις που έχουν βασισθεί σε διαφορετικές τεχνικές έχουν καταλήξει σε τιμές που αποκλίνουν μεταξύ τους.

Τώρα, μία καινούρια μελέτη από τη διεθνή κοινοπραξία H0LiCOW έρχεται να επιβεβαιώσει αυτή την ασυμφωνία, δείχνοντας ότι υπάρχει μία θεμελιώδης ανεπάρκεια στον τρόπο που κατανοούμε το σύμπαν.

Όπως και οι προηγούμενες μετρήσεις, έτσι και η μελέτη της κοινοπραξίας H0LiCOW υπολογίζει την τιμή της σταθεράς του Hubble, όπως ονομάζεται η παράμετρος που αντιπροσωπεύει τον ρυθμό της συμπαντικής διαστολής.

Με επικεφαλής τη Σέρι Σούγιου, από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής της Εταιρείας Max-Planck στη Γερμανία, η ομάδα των ερευνητών μελέτησε γι’ αυτό τον σκοπό πέντε γαλαξίες, χρησιμοποιώντας επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια, μεταξύ των οποίων και το τηλεσκόπιο Hubble. Έτσι, μπόρεσε να υπολογίσει με μεγάλη ακρίβεια τoν ρυθμό της συμπαντικής διαστολής.

Distant quasars tend to change their brightness, causing them to flicker. As the light which creates the different images of the quasar follows paths with slightly different lengths, the images do not flicker simultaneously but are delayed with respect to each other by several days. This delay in flickering can be used to measure the Hubble constant which describes the speed of expansion of our Universe. While the relative time between two flickers is correctly represented in this animation, in reality the delays are in the range of days to two weeks. Credit: ESA/Hubble, NASA

Οι πέντε γαλαξίες παρεμβάλλονται ανάμεσα στη Γη και πολύ μακρινούς κβάζαρ, δηλαδή εξαιρετικά φωτεινούς γαλαξιακούς πυρήνες. Καθώς οι ακτίνες φωτός από τους κβάζαρ περνούν από τους γαλαξίες, πριν φτάσουν στη Γη, οι τροχιές τους παραμορφώνονται από το ισχυρό βαρυτικό πεδίο των γαλαξιών.

Objects with large masses such as galaxies or clusters of galaxies warp the spacetime surrounding them in such a way that they can create multiple images of background objects. This effect is called strong gravitational lensing. Credit: ESA/Hubble, NASA

Το φαινόμενο αυτό ερμηνεύεται στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία οι γαλαξίες λειτουργούν ως «βαρυτικοί φακοί». Ως αποτέλεσμα, κάθε κβάζαρ εμφανίζεται στα τηλεσκόπια των αστρονόμων με ένα τετραπλό είδωλο, τα οποία μάλιστα μεταβάλλουν τη φωτεινότητά τους.

Η ομάδα μέτρησε τις μεταβολές της φωτεινότητας, από τις οποίες υπολόγισε τον ρυθμό της συμπαντικής διαστολής. «Η μέθοδός μας είναι ο πιο απλός και άμεσος τρόπος μέτρησης της σταθεράς του Hubble, αφού χρησιμοποιεί μόνο τη γεωμετρία και τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, χωρίς καμία άλλη παραδοχής», λέει στην ιστοσελίδα του τηλεσκοπίου Hubble ο Φρεντερίκ Κουρμπέν, μέλος της ομάδας.

Η τιμή που υπολόγισαν οι ερευνητές συμφωνεί με παλαιότερες μετρήσεις, οι οποίες έχουν βασισθεί σε ουράνια αντικείμενα από το τοπικό σύμπαν, δηλαδή σε απόσταση από τη Γη έως και 1 δισ. έτη φωτός.

Ωστόσο, και αυτή διαφέρει από την τιμή που προέκυψε, χρησιμοποιώντας για τον υπολογισμό την μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή το «απολίθωμα» της ακτινοβολίας που εξέπεμπε το σύμπαν όταν είχε ηλικία μόλις 380.000 έτη.

«Ο ρυθμός της συμπαντικής διαστολής έχει αρχίσει να μετράται τα τελευταία χρόνια με διάφορες μεθόδους και με μεγάλη ακρίβεια. Έτσι, οι ασυμφωνίες πιθανότατα παραπέμπουν σε μία νέα φυσική θεωρία, πέρα από τον τρόπο που κατανοούμε σήμερα το σύμπαν», εξηγεί η Σούγιου.

Ο προσδιορισμός του ρυθμού της συμπαντικής διαστολής είναι σήμερα ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους της κοσμολογίας.

«Η σταθερά του Hubble είναι κρίσιμη για τη σύγχρονη αστρονομία, καθώς μπορεί να μας βοηθήσει να επιβεβαιώσουμε αν είναι πραγματικά σωστή η εικόνα μας για το σύμπαν –σύμφωνα με την οποία αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια, συμβατική ύλη και σκοτεινή ύλη– ή κατά πόσο μας διαφεύγει κάτι θεμελιώδες», καταλήγει η ερευνήτρια.

Πηγές: naftemporiki.gr – phys.org