O echipă internațională de astronomi a făcut una dintre cele mai precise măsurători ale cât de repede se extinde Universul din apropiere. Вместо того чтобы разрешить давнюю проблему, новый результат только усилил её. Учёные не могут игнорировать расхождение — оно становится всё более реальным. Ceea ce odată putea fi atribuit erorii de măsurare arată acum ca o neînțelegere fundamentală a structurii cosmosului.
Două moduri de a măsura Universul
De zeci de ani, oamenii de știință s-au bazat pe două strategii principale pentru a determina ritmul cu care universul se extinde. O abordare se concentrează pe spațiul apropiat: măsurarea distanțelor până la stele și galaxii pentru a calcula cât de repede zboară lucrurile. Un altul se uită mult mai departe în timp, folosind radiația cosmică de fundal cu microunde – strălucirea ulterioară a Big Bang-ului – pentru a estima care ar trebui să fie rata de expansiune astăzi, pe baza modelului cosmologic standard.
În teorie, ambele metode ar trebui să dea același răspuns. În practică, nu sunt la fel. Observațiile Universului din apropiere indică în mod constant o rată de expansiune mai mare de aproximativ 73 de kilometri pe secundă pe megaparsec. Calculele bazate pe Universul timpuriu dau o viteză mai mică de aproximativ 67 sau 68 de kilometri pe secundă pe megaparsec.
Diferența dintre aceste valori este mică în termeni absoluti, dar prea semnificativă pentru a fi atribuită șansei statistice. Această discrepanță se numește „tensiunea Hubble”. A apărut din nou și din nou în studii independente efectuate de diferite grupuri de oameni de știință folosind diferite instrumente.
Rețea la distanță
Pentru a îmbunătăți acuratețea, cercetătorii au combinat zeci de ani de observații într-un singur cadru coordonat. Lucrarea, realizată de colaborarea H0 Distance Network, a oferit cea mai precisă măsurare directă a ratelor de expansiune locală până în prezent. Rezultatele lor, publicate în revista Astronomy & Astrophysics, estimează constanta Hubble la 73,50 ± 0,81 kilometri pe secundă pe megaparsec, obținând o precizie de puțin peste un procent.
În loc să se bazeze pe o singură metodă, echipa a construit ceea ce ei numesc o „rețea la distanță”. Acest sistem leagă mai multe metode suprapuse utilizate pentru măsurarea distanțelor cosmice. Acestea includ Cefeide, stele variabile care pulsează la intervale previzibile, giganți roșii de luminozitate cunoscută, supernove de tip Ia și unele tipuri de galaxii.
Abordarea pe mai multe niveluri permite cercetătorilor să verifice rezultatele în mai multe moduri. Dacă vreo metodă a fost greșită, excluderea ei din analiză ar schimba răspunsul final. Acest lucru nu sa întâmplat. Chiar și atunci când tehnicile individuale au fost excluse din considerare, rezultatul general a rămas practic neschimbat. Consecvența între diferite metode întărește încrederea în rata de expansiune măsurată.
Sunt excluse erorile de măsurare?
Autorii studiului fac o concluzie importantă: „Această lucrare exclude în mod eficient explicațiile privind tensiunea Hubble care se bazează pe o singură eroare nedetectată în măsurătorile locale ale distanței”. Dacă tensiunea este reală – și un număr tot mai mare de dovezi sugerează că este – atunci ar putea indica o nouă fizică dincolo de modelul cosmologic standard.
Rata mai lentă de expansiune derivată din calculele Universului timpuriu depinde de modelul standard al cosmologiei, care descrie modul în care a evoluat Universul după Big Bang. Dacă acestui model îi lipsește ceva – detalii despre energia întunecată, particule necunoscute sau modificări ale gravitației – atunci previziunile sale pentru expansiunea de astăzi pot fi greșite. În acest caz, tensiunea Hubble poate fi un semnal al unei probleme mai profunde, mai degrabă decât o eroare de măsurare.
Ce urmează
Noua rețea la distanță oferă, de asemenea, o bază pentru cercetări viitoare. Făcând metodele și datele lor disponibile public, echipa a creat un sistem care poate fi îmbunătățit pe măsură ce devin disponibile noi observații. Se așteaptă ca observatoarele viitoare să ofere măsurători și mai precise, care ar putea ajuta la determinarea dacă discrepanța va fi rezolvată în cele din urmă sau va continua să indice o nouă fizică.
Întrebarea care rămâne fără răspuns nu este cât de repede se extinde universul – oamenii de știință au măsurat asta cu o precizie fără precedent. Întrebarea este de ce cele două metode dau răspunsuri diferite. Dacă sunt excluse erorile de măsurare, atunci poate că ceva lipsește în chiar înțelegerea structurii cosmosului. Poate că energia întunecată nu se comportă așa cum era de așteptat. Poate că există particule necunoscute. Poate că legile gravitației funcționează diferit la scară cosmică. Și în timp ce astronomii continuă să-și perfecționeze măsurătorile, fizica fundamentală rămâne în limbo, așteaptă un răspuns care ar putea schimba întreaga înțelegere a Universului.
