Coś jest nie tak we wszechświecie. Przynajmniej na podstawie wszystkiego, co znają fizycy do tej pory. Gwiazdy, galaktyki, czarne dziury i wszystkie inne obiekty niebieskie oddalają się coraz szybciej z czasem. Poprzednie pomiary w naszym lokalnym sąsiedztwie wszechświata wskazują, że wszechświat eksploduje na zewnątrz szybciej niż na początku. Nie powinno tak być, w oparciu o najlepszy deskryptor wszechświata naukowców.
Jeśli ich pomiary wartości znanej jako Stała Hubble'a są prawidłowe, oznacza to, że w obecnym modelu brakuje istotnej nowej fizyki, takiej jak cząstki podstawowe nierozliczone lub coś dziwnego dzieje się z tajemniczą substancją zwaną ciemną energią.
Teraz, w nowym badaniu, opublikowanym 22 stycznia w czasopiśmie Monthly Notices of Royal Astronomical Society, naukowcy zmierzyli stałą Hubble'a w zupełnie nowy sposób, potwierdzając, że rzeczywiście wszechświat rozszerza się teraz szybciej niż był w swoim Początki.
„Dzieje się coś ciekawego”
Aby wyjaśnić, jak wszechświat zmienił się z maleńkiej, gorącej, gęstej plamki soczystej plazmy w rozległą przestrzeń, którą dziś widzimy, naukowcy zaproponowali model Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Model nakłada ograniczenia na właściwości ciemnej materii, rodzaju materii, która wywiera siłę grawitacyjną, ale nie emituje światła i ciemnej energii, która wydaje się przeciwstawiać grawitacji. LCDM może z powodzeniem odtwarzać strukturę galaktyk i kosmiczne tło mikrofalowe - pierwsze światło wszechświata - a także ilość wodoru i helu we wszechświecie. Ale nie może wyjaśnić, dlaczego wszechświat rozszerza się teraz szybciej niż na początku.
Oznacza to, że albo model LCDM jest nieprawidłowy, albo pomiary szybkości ekspansji są nieprawidłowe.
Nowa metoda ma na celu zakończenie debaty na temat tempa ekspansji, powiedział Simon Science, badacz z University of California w Los Angeles i główny autor nowego badania. Jak dotąd nowe, niezależne pomiary potwierdzają rozbieżność, sugerując, że może być potrzebna nowa fizyka.
Aby ustalić stałą Hubble'a, naukowcy wcześniej stosowali kilka różnych metod. Niektóre używały supernowych we wszechświecie lokalnym (pobliskiej części wszechświata), a inne polegały na cefeidach lub rodzajach gwiazd pulsujących i regularnie migających w jasności. Jeszcze inni badali kosmiczne promieniowanie tła.
W nowych badaniach wykorzystano technikę polegającą na wykorzystaniu światła kwazarów - niezwykle jasnych galaktyk zasilanych przez ogromne czarne dziury - w celu zerwania więzi.
„Bez względu na to, jak ostrożny jest eksperyment, zawsze może istnieć pewien efekt wbudowany w narzędzia, których używają do wykonania tego pomiaru. Więc kiedy grupa przyjdzie w ten sposób i użyje zupełnie innego zestawu narzędzi… i otrzyma tę samą odpowiedź, wtedy można dość szybko stwierdzić, że ta odpowiedź nie jest wynikiem poważnego efektu w technikach ”- powiedział Adam Riess, laureat Nagrody Nobla i badacz w Space Telescope Science Institute i Johns Hopkins University. „Myślę, że rośnie nasza pewność, że dzieje się coś naprawdę interesującego”, powiedział Riess, który nie był zaangażowany w badanie, powiedział Live Science.
Widzieć podwójnie
Oto jak działa ta technika: kiedy światło z kwazara przechodzi przez galaktykę, grawitacja z galaktyki powoduje, że światło „wygina się grawitacyjnie” przed uderzeniem w Ziemię. Galaktyka działała jak soczewka, zniekształcając światło kwazara na wiele kopii - najczęściej dwa lub cztery, w zależności od wyrównania kwazarów względem galaktyki. Każda z tych kopii przemierzała nieco inną ścieżkę wokół galaktyki.
Kwazary zwykle nie świecą równomiernie jak wiele gwiazd. Z powodu opadania materiału do ich centralnych czarnych dziur, zmieniają jasność w skali godzin do milionów lat. Zatem, gdy obraz kwazara zostanie sfotografowany w wielu kopiach o nierównych ścieżkach światła, każda zmiana jasności kwazara spowoduje subtelne migotanie między kopiami, ponieważ światło z niektórych kopii dotyka dłużej Ziemi.
Na podstawie tej rozbieżności naukowcy mogli dokładnie określić, jak daleko jesteśmy od kwazara i galaktyki pośredniej. Aby obliczyć stałą Hubble'a, astronomowie porównali następnie odległość do przesunięcia ku czerwieni obiektu lub przesunięcia długości fali światła w kierunku czerwonego końca widma (co pokazuje, jak bardzo światło obiektu rozciągnęło się, gdy wszechświat się rozszerza).
W przeszłości badano światło z systemów, które tworzą cztery obrazy lub kopie kwazara. Ale w nowym artykule Birrer i jego współpracownicy z powodzeniem wykazali, że możliwe jest zmierzenie stałej Hubble'a z systemów, które tworzą tylko podwójny obraz kwazara. To znacznie zwiększa liczbę systemów, które można badać, co ostatecznie pozwoli na dokładniejszy pomiar stałej Hubble'a.
„Obrazy kwazarów, które pojawiają się cztery razy, są bardzo rzadkie - na całym niebie może być tylko 50 do 100 i nie wszystkie są wystarczająco jasne, aby je zmierzyć”, powiedział Birrer Live Science. „Jednak systemy podwójnie wyostrzone występują częściej około pięć razy”.
Nowe wyniki z układu podwójnie soczewkowanego, w połączeniu z trzema innymi uprzednio zmierzonymi układami poczwórnymi, ustalają wartość stałej Hubble'a na 72,5 kilometra na sekundę na megaparsek; jest to zgodne z innymi pomiarami wszechświata lokalnego, ale wciąż o około 8 procent wyższe niż pomiary z odległego wszechświata (starszego lub wczesnego wszechświata). Ponieważ nowa technika zostanie zastosowana do większej liczby systemów, naukowcy będą mogli ustalić dokładną różnicę między odległymi (lub wczesnymi) pomiarami wszechświata a lokalnymi (nowszymi) pomiarami wszechświata.
„Kluczem jest przejście od punktu, w którym mówimy, tak, te rzeczy się nie zgadzają, do uzyskania bardzo dokładnej miary poziomu, na który się nie zgadzają, ponieważ ostatecznie będzie to wskazówka, która pozwala teorii, która mówi, co się dzieje ”, powiedział Riess Live Live.
Dokładny pomiar stałej Hubble'a pomaga naukowcom zrozumieć więcej niż tylko szybkość rozpadu wszechświata. Wartość jest niezbędna do ustalenia wieku wszechświata i wielkości fizycznej odległych galaktyk. Daje także astronomom wskazówki co do ilości ciemnej materii i ciemnej energii.
Jeśli chodzi o wyjaśnienie, co być może egzotyczna fizyka może wyjaśnić ich niedopasowanie w pomiarach szybkości ekspansji, jest to znacznie poniżej linii.
