Noile dovezi aprofundează un mister din jurul constantei Hubble, unul din cele mai importante numere din cosmologie.
Noile constatări sugerează că universul se extinde astăzi mai repede decât la început, o diferență ce a declanșat căutările menite să elucideze forțele cosmice implicate.
Dacă rata de schimbare se va confirma — care este cu nouă procente mai rapidă decât cea proiectată — ea ne va forța să reconsiderăm un aspect fundamental al cosmosului.
Rezultatul, anunțat în noul raport (en) publicat în Astrophysical Journal, marchează ultimele evenimente în polemica de lungă durată în privința constantei Hubble, o măsură cheie în calcularea vârstei Universului şi ratei lui de extindere.
În ultimii ani, numeroase studii au arătat că măsurările constantei Hubble din radiaţia cosmică de fond — un crepuscul slab rămas de la universul nou-născut — sunt în contradicție cu estimările de la stelele mult mai tinere, cum ar fi cele din Calea Lactee, chiar şi după luarea în cont a altor forţe cosmice misterioase, cum ar fi energia întunecată, care accelerează expansiunea universului.
Vedeţi şi: Ce dacă Big Bangul nu a fost la început? O nou studiu propune o alternativă
„[Universul] depășește toate așteptările noastre în expansiunea sa şi aceasta este foarte confuz”, spune Adams Riess (en), un astronom de la Universitatea Johns Hopkins, care a câștigat premiul Nobel din 2011 în fizică pentru aportul adus la descoperirea energiei întunecate.
Vedeţi şi: Aducerea echilibrului în univers: Noua teorie ar putea explica lipsa a 95% din cosmos
Unii susțineau că discrepanţa este un produs al datelor incomplete sau a unor erori nevăzute care sistematic apasă cu degetele lor mari pe cântar (en).
Dar acum, în baza proaspetelor măsurători efectuate în vecinătatea noastră cosmică de telescopul spațial Hubble, Riess şi colegii săi spun că nepotrivirea este nu doar reală, dar şi mai vastă ca oricând.
Vedeţi şi: 18 Cele mai mari întrebări şi fenomene din fizică rămase nesoluționate
În noul studiu, echipa Riess evaluează constanta cu o mărime de 74,03 kilometri pe secundă pe megaparsec, plus-minus 1,42.
Aceasta este în contradicție cu cele mai bune estimări făcute de Planck (en), un telescop al Agenției Spațiale Europene, ce a făcut cele mai bune măsurători ale radiației cosmice de fond de până acum.
Datele preluate de Planck fixează constanta Hubble la aproximativ 67,4 kilometri pe secundă pe megaparsec, plus-minus 0,5.
Din punct de vedere statistic, diferența dintre aceste două rezultate se poziționează la aproximativ 4,4 sigma (abatere standard) sau 1 din 100 000 de șanse că această diferență este doar o coincidenţă.
„Pentru a folosi o analogie, aceasta e că şi cum să calculăm înălțimea unor copii de doi ani şi să încercăm să determinăm ce înălțime vor avea ei când vor creşte mari.
Apoi, am putea aștepta până vor creşte şi să-i măsurăm”, spune Riess (en).
„Dacă ei vor depăși cu mult această [extrapolare], noi am avea un mister adevărat la dispoziţia noastră.
Ceva nu este corect în înţelegerea noastră a modului în care această persoană a crescut”.
Ceasul universului
Calculul constantei Hubble, şi, respectiv, a ratei expansiunii universului, pe baza mișcării stelelor, necesită două tipuri de date: cât de departe este o anumită stea şi cât de repede ea se îndepărtează de noi.
Pentru a măsura viteza relativă a stelei, astronomii caută schimbări în lumina emisă de stea.
Pentru a măsura distanţa, astronomii folosesc o varietate de instrumente, de la simpla geometrie până la observațiile atente după stele, numite variabile cefeide.
Aceste stele se luminează şi se întunecă în mod regulat, iar rata acestor impulsuri este strâns legată de strălucirea globală a stelei: cu cât steaua este mai strălucitoare, cu atât mai lent ea pulsează.
Astronomii pot folosi această relație ca un îndrumător.
Prin măsurarea ratei pulsului cefeidei, astronomii pot afla cât de strălucitoare este steaua şi comparând această strălucire absolută cu cea pe care o vedem, putem deduce cât de departe este steaua de noi.
De asemenea, cefeidele pot fi combinate cu observaţiile anumitor tipuri de explozii stelare (en), pentru a măsura distanţe tot mai îndepărtate în cosmos.
Astronomii au lucrat ani de zile pentru a asambla această „scară a distanței cosmice” şi ei încearcă în mod constant să o calibreze tot mai fin.
În acest studiu, echipa lui Riess a folosit telescopul spațial Hubble pentru a privi la 70 de cefeide în Marele Nor Magellanic.
Aceste date noi le permit să evalueze cu mai multă precizie distanțele dintre noi şi obiectele din Marele Nor Magellanic, ce, la rândul său, le permite să deducă constanta Hubble cu o mai mare precizie.
Aducerea la un acord a totalurilor
Dacă universul într-adevăr se extinde mai repede decât se credea, atunci o fizică nouă ar trebui să furnizeze un dinamism suplimentar.
Este oare energia întunecată mai exotică şi mai turbo-încărcată decât am crezut?
Este materia întunecată mai complexă decât ne-am imaginat?
Există acolo în cosmos un alt fel de particulă nevăzută, cum ar fi un „neutrino steril” care interacționează cu alte tipuri de materie numai prin gravitație?
Şi dacă carneturile noastre de cecuri sunt cu adevărat epuizate, noi am putea dori să chemăm un contabil din exterior — şi unul ar putea fi disponibil în curând.
În 2016, oamenii de ştiinţă au detectat undele gravitaţionale, ondulații în însăși spațiu-timp, şi lumină aruncată de o pereche de stele neutronice ce se ciocnesc.
Măsurarea istorică a permis astronomilor să obțină o estimare independentă a constantei Hubble.
Deocamdată, aceste valori se află direct între valorile Planck şi cele primite din scara distanței cosmice.
Eficacitatea utilizării unor astfel de evenimente ca „sirene standard” pentru a măsura expansiunea universului, ţine de numărul de evenimente stele-neutronice înregistrate de detectoarele undelor gravitaționale, aşa precum LIGO.
Până în prezent, astronomii au confirmat doar unul — dar în dimineața zilei de 25 aprilie, LIGO posibil a detectat altul (en).
Acestea fiind spuse, identificarea originii undelor în cer s-a dovedit a fi o provocare, ceea ce complică măsurătorile cu telescoapele care trebuie să urmeze.
Între timp, Riess şi astronomii din întreaga lume lucrează pentru a face măsurările lor a constantei Hubble mai precise, în speranța că chiar şi o mică discrepanţă ar putea dezvălui un indiciu nou enorm despre modul în care funcționează universul.
„Chiar şi nouă procente este impunător, atunci când aveți o incertitudine de unu sau două procente”, spune Riess (en).
„Noi avem un sentiment că universul încă continuie să ne învețe”.
Cititorul curios din mine vorbește, că de fapt nu am finalizat nici matematici superioare. Cu toate acestea, articolele voastre sunt deosebit de interesante. Eu cred în Creatorul a toate și știu că într-o zi Îl voi vedea. Citind sunt uimit de măreția Lui. Pe când eram doar student în universitatea din Timișoara, pe vremea lui Ceaușescu, am pus în uimire pe doi profesori universitari. Unul din ei, m-a făcut nebun… Celălalt, care era șef al catedrei, mi-a răspuns că și el crede ca mine. De va voi Cel de Sus, vom vedea.