V vesolju nekaj ni povsem v redu. Vsaj na podlagi vsega, kar fiziki doslej vedo. Zvezde, galaksije, črne luknje in vsi drugi nebesni objekti se s časom vedno hitreje oddaljujejo drug od drugega. Pretekle meritve v naši lokalni soseski vesolja ugotavljajo, da vesolje eksplodira navzven hitreje, kot je bilo na začetku. To ne bi smelo biti, ki temelji na najboljšem opisovalcu vesolja znanstvenikov.
Če so njihove meritve vrednosti, znane kot Hubble Constant, pravilne, to pomeni, da v sedanjem modelu manjkajo ključne nove fizike, na primer neobdelani temeljni delci, ali se zgodi nekaj čudnega s skrivnostno snovjo, imenovano temna energija.
Zdaj so znanstveniki v novi študiji, objavljeni 22. januarja v reviji Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, izmerili Hubble Constant na povsem nov način in potrdili, da se vesolje zdaj širi hitreje, kot je bilo v svojem zgodnji dnevi.
"Zgodilo se je nekaj zanimivega"
Da bi razložili, kako je vesolje prešlo iz drobne, vroče, gosto pikčaste juhe plazme do velikega prostranstva, ki ga vidimo danes, so znanstveniki predlagali tisto, kar je znano kot model Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Model omejuje lastnosti temne snovi, neke vrste snovi, ki ima gravitacijski poteg, vendar ne oddaja svetlobe in temne energije, ki se zdi, da nasprotuje gravitaciji. LCDM lahko uspešno reproducira strukturo galaksij in kozmično mikrovalovno ozadje - prvo vesolje vesolja - kot tudi količino vodika in helija v vesolju. Toda ne more razložiti, zakaj se vesolje zdaj širi hitreje kot prej.
To pomeni, da je bodisi napačen model LCDM ali pa so meritve hitrosti razširitve.
Cilj nove metode je končno rešiti razpravo o stopnji širitve, je za Live Science povedal raziskovalec na kalifornijski univerzi v Los Angelesu Simon Birrer in vodilni avtor nove študije. Doslej nove neodvisne meritve potrjujejo odstopanje, kar kaže, da bo morda potrebna nova fizika.
Znanstveniki so že pred tem uporabili več različnih metod, da bi zakuhali Hubble's Constant. Nekateri so uporabljali supernove v lokalnem vesolju (bližnjem delu vesolja), drugi pa so se opirali na cefeide ali vrste zvezd, ki pulzirajo in redno utripajo v svetlosti. Še drugi so preučevali sevanje kozmičnega ozadja.
Nova raziskava je uporabila tehniko, ki vključuje svetlobo iz kvazarjev - izjemno svetle galaksije, ki jih poganjajo ogromne črne luknje - v prizadevanju, da bi prekinil vez.
"Ne glede na to, kako previden je poskus, je vedno mogoče najti kakšen učinek, ki je vgrajen v vrste orodij, ki jih uporabljajo za to merjenje. Torej, ko pride skupina takole in uporabi popolnoma drugačen nabor orodij ... in dobite enak odgovor, potem lahko precej hitro ugotovite, da ta odgovor ni posledica resnega učinka na tehnike, "je dejal Adam Riess, nobelov nagrajenec in raziskovalec na vesoljskem teleskološkem inštitutu in na univerzi Johns Hopkins. "Mislim, da naše zaupanje raste, da se dogaja nekaj resnično zanimivega," je za Live Science povedal Riess, ki ni bil vključen v študijo.
Videti dvojno
Takole je delovala tehnika: Ko svetloba iz kvazarja preide intervenirajočo galaksijo, gravitacija iz galaksije povzroči, da se svetloba "gravitacijsko upogne", preden zadene Zemljo. Galaksija je delovala kot leča, da je izkrivljala kvazarjevo svetlobo v več kopij - najpogosteje dve ali štiri, odvisno od poravnave kvazarjev glede na galaksijo. Vsaka od teh kopij je prehodila nekoliko drugačno pot okoli galaksije.
Kvazarji običajno ne svetijo tako kot številne zvezde. Zaradi materiala, ki pade v njihove centralne črne luknje, se spreminjajo svetlost v tehtnicah ur na milijone let. Tako, ko je kvazarjeva slika posodjena v več kopij z neenakomernimi svetlobnimi potmi, bo vsaka sprememba svetlosti kvazarja povzročila nežno utripanje med kopijami, saj svetloba iz določenih kopij traja dlje časa, da doseže Zemljo.
Znanstveniki bi lahko iz tega razhajanja natančno ugotovili, kako daleč smo tako od kvazarja kot od posredniške galaksije. Za izračun Hubble Constant so astronomi nato primerjali razdaljo do rdečega premika predmeta ali premik valovnih dolžin svetlobe proti rdečemu koncu spektra (kar kaže, koliko se je svetloba predmeta raztegnila, ko se vesolje širi).
Preučevanje svetlobe iz sistemov, ki ustvarjajo štiri slike ali kopije kvazarja, je bilo opravljeno že v preteklosti. Toda Birrer in njegovi sodelavci so v novem prispevku uspešno dokazali, da je mogoče meriti Hubble Constant iz sistemov, ki ustvarjajo samo dvojno sliko kvazarja. To drastično poveča število sistemov, ki jih je mogoče proučiti, kar bo končno omogočilo natančnejše merjenje Hubble Constant.
"Slike kvazarjev, ki se pojavijo štirikrat, so zelo redke - po celem nebu jih je morda le 50 do 100 in niso vsi dovolj svetli, da jih je mogoče meriti," je Birrer povedal Live Science. "Vendar pa so sistemi z dvojnim najemom pogostejši za približno faktor pet."
Novi rezultati sistema z dvojnim najemom v kombinaciji s tremi predhodno izmerjenimi štirioglatimi sistemi so vrednost za Hubble Constant znašali 72,5 kilometra na sekundo na megaparsec; to je v skladu z drugimi lokalnimi meritvami vesolja, vendar še vedno za približno 8 odstotkov višje kot meritve iz oddaljenega vesolja (starejše ali zgodnje vesolje). Ker se nova tehnika uporablja za več sistemov, bodo raziskovalci lahko našli natančno razliko med oddaljenim (ali zgodnjim) vesoljem in lokalnimi (novejšimi) meritvami vesolja.
"Ključno je, da gremo od točke, ko pravimo, da, s temi stvarmi se ne strinjamo, do natančnega merjenja ravni, s katero se ne strinjajo, kajti na koncu bo to namig, ki omogoča teorija, da povemo, kaj se dogaja, "je Riess povedal Live Science.
Natančno merjenje Hubble Constant pomaga znanstvenikom razumeti več kot le, kako hitro vesolje leti. Vrednost je nujna pri določanju starosti vesolja in fizične velikosti oddaljenih galaksij. Astronomom daje tudi namige o količini temne snovi in temni energiji.
Kar zadeva razlago tega, kar bi morda eksotični fiziki lahko razložilo njihovo neusklajenost pri meritvah hitrosti širitve, je to tako navzdol.
