Właśnie wtedy, gdy wydaje nam się, że całkiem dobrze rozumiemy Wszechświat, przybywają astronomowie, którzy wszystko poprawią. W tym przypadku wywrócono coś istotnego do wszystkiego, co wiemy i widzimy: szybkość ekspansji samego Wszechświata, czyli stała Hubble'a.
Zespół astronomów korzystających z teleskopu Hubble'a ustalił, że szybkość ekspansji jest od pięciu do dziewięciu procent większa niż wcześniej zmierzono. Stała Hubble'a nie jest jakąś ciekawostką, którą można odłożyć na półkę do następnego postępu w pomiarze. Jest nieodłączną częścią natury wszystkiego, co istnieje.
„To zaskakujące odkrycie może być ważną wskazówką do zrozumienia tajemniczych części wszechświata, które stanowią 95 procent wszystkiego i nie emitują światła, takich jak ciemna energia, ciemna materia i ciemne promieniowanie” - powiedział kierownik badania i laureat Nagrody Nobla Adam Riess z Space Telescope Science Institute i The Johns Hopkins University, oba w Baltimore, Maryland.
Ale zanim przejdziemy do konsekwencji tego badania, cofnijmy się trochę i zobaczmy, jak mierzona jest stała Hubble'a.
Mierzenie tempa ekspansji Wszechświata to trudna sprawa. Użycie obrazu u góry działa w następujący sposób:
- W Drodze Mlecznej teleskop Hubble'a służy do pomiaru odległości od zmiennych Cefeid, rodzaju gwiazdy pulsującej. Do tego służy paralaksa, a paralaksa jest podstawowym narzędziem geometrii, które jest również używane w pomiarach. Astronomowie wiedzą, jaka jest prawdziwa jasność cefeid, tak więc porównanie ich do ich pozornej jasności z Ziemi daje dokładny pomiar odległości między gwiazdą a nami. Ich tempo pulsacji również precyzyjnie dostosowuje obliczanie odległości. Z tego powodu zmienne cefeidowe są czasami nazywane „kosmicznymi miernikami”.
- Następnie astronomowie skupiają się na innych pobliskich galaktykach, które zawierają nie tylko zmienne Cefeid, ale także supernową typu 1a, inną dobrze znaną gwiazdę. Te supernowe, które oczywiście eksplodują gwiazdy, są kolejną niezawodną miarą dla astronomów. Odległość do tych galaktyk uzyskuje się za pomocą cefeid do pomiaru prawdziwej jasności supernowych.
- Następnie astronomowie wskazują Hubble'a na galaktyki, które są jeszcze dalej. Te są tak odległe, że nie widać cefeid w tych galaktykach. Ale supernowe typu 1a są tak jasne, że można je zobaczyć nawet przy tak ogromnych odległościach. Następnie astronomowie porównują rzeczywistą i pozorną jasność supernowych, aby zmierzyć odległość, na której można zobaczyć ekspansję Wszechświata. Światło z odległych supernowych jest „przesunięte na czerwono” lub rozciągnięte przez ekspansję przestrzeni. Gdy zmierzona odległość jest porównywana z przesunięciem światła w kierunku czerwonym, daje pomiar szybkości rozszerzania się Wszechświata.
- Weź głęboki oddech i przeczytaj to wszystko jeszcze raz.
Ogromną częścią tego wszystkiego jest to, że mamy jeszcze dokładniejszy pomiar tempa ekspansji Wszechświata. Niepewność pomiaru spadła do 2,4%. Trudne jest to, że tempo ekspansji współczesnego Wszechświata nie zależy od pomiaru z wczesnego Wszechświata.
Szybkość ekspansji wczesnego Wszechświata jest uzyskiwana z pozostałości promieniowania z Wielkiego Wybuchu. Kiedy ten kosmiczny poświata jest mierzony przez mikrofalową sondę anizotropii Wilkinson (WMAP) NASA i satelitę Planck ESA, daje ona mniejsze tempo ekspansji. Więc dwa się nie ustawiają. To jak budowanie mostu, gdzie budowa zaczyna się na obu końcach i powinna wyrównać się, zanim dojdziesz do środka. (Zastrzeżenie: Nie mam pojęcia, czy mosty są tak zbudowane.)
„Zaczynasz na dwóch końcach i spotykasz się na środku, jeśli wszystkie twoje rysunki są prawidłowe, a twoje pomiary są prawidłowe”, powiedział Riess. „Ale teraz koniec nie do końca spotyka się w środku i chcemy wiedzieć, dlaczego.”
„Jeśli znamy początkowe ilości rzeczy we wszechświecie, takie jak ciemna energia i ciemna materia, i mamy poprawną fizykę, możesz przejść od pomiaru w tym czasie krótko po Wielkim Wybuchu i użyć tego zrozumienia, aby przewidzieć, jak szybko wszechświat powinien się dziś rozszerzać - powiedział Riess. „Jeśli jednak ta rozbieżność się utrzyma, wydaje się, że możemy nie mieć właściwego zrozumienia i zmienia to, jak duża powinna być dziś stała Hubble'a”.
Dlaczego to nie wszystko składa się na zabawę, a może i na szaleństwo, część tego.
To, co nazywamy Ciemną Energią, to siła, która napędza ekspansję Wszechświata. Czy Ciemna Energia rośnie w siłę? A może Ciemna Materia, która stanowi większość masy we Wszechświecie. Wiemy, że niewiele o tym wiemy. Może wiemy jeszcze mniej, a jego natura zmienia się z czasem.
„Tak mało wiemy o ciemnych częściach wszechświata, ważne jest, aby zmierzyć, jak popychają i przyciągają przestrzeń kosmiczną w kosmicznej historii” - powiedział Lucas Macri z Texas A&M University w College Station, kluczowy współpracownik w badaniu.
Zespół nadal współpracuje z Hubble'em w celu zmniejszenia niepewności w pomiarach szybkości ekspansji. Instrumenty takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i Niezwykle Duży Teleskop Europejski mogą jeszcze bardziej udoskonalić pomiar i rozwiązać ten ważny problem.
