Τη δεκαετία του 1920, ο Edwin Hubble έκανε την πρωτοποριακή αποκάλυψη ότι το Σύμπαν ήταν σε κατάσταση επέκτασης. Αρχικά προβλεπόμενη ως συνέπεια της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν, αυτή η επιβεβαίωση οδήγησε σε αυτό που έγινε γνωστό ως Constant του Hubble. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών που διασφαλίζουν, και χάρη στην ανάπτυξη των τηλεσκοπίων επόμενης γενιάς - όπως το σωστά διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (HST) - οι επιστήμονες αναγκάστηκαν να αναθεωρήσουν αυτόν τον νόμο.
Εν ολίγοις, τις τελευταίες δεκαετίες, η ικανότητα να βλέπουμε πιο μακριά στο διάστημα (και βαθύτερα στο χρόνο) επέτρεψε στους αστρονόμους να κάνουν ακριβέστερες μετρήσεις σχετικά με το πόσο γρήγορα επεκτάθηκε το πρώιμο Σύμπαν. Και χάρη σε μια νέα έρευνα που πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το Hubble, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων μπόρεσε να πραγματοποιήσει τις πιο ακριβείς μετρήσεις του ρυθμού επέκτασης του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Αυτή η έρευνα διεξήχθη από την ομάδα Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES), μια διεθνή ομάδα αστρονόμων που προσπαθεί να βελτιώσει την ακρίβεια της σταθεράς Hubble από το 2005. Η ομάδα διευθύνεται από τον Adam Reiss of the Space Το Telescope Science Institute (STScI) και το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, και περιλαμβάνει μέλη από το Αμερικανικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας, το Ινστιτούτο Neils Bohr, το Εθνικό Παρατηρητήριο Οπτικής Αστρονομίας και πολλά αναγνωρισμένα πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους εμφανίστηκε πρόσφατα Η Αστροφυσική Εφημερίδα κάτω από τον τίτλο "Type Ia Supernova Distances at Redshift> 1,5 from the Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble Πολλαπλά Προγράμματα Οικονομικών: Το Πρώιμο Ποσοστό Επέκτασης «. Για χάρη της μελέτης τους, και σύμφωνα με τους μακροπρόθεσμους στόχους τους, η ομάδα επιδίωξε να κατασκευάσει μια νέα και πιο ακριβή «κλίμακα απόστασης».
Αυτό το εργαλείο είναι πώς οι αστρονόμοι έχουν παραδοσιακά μετρήσει τις αποστάσεις στο Σύμπαν, το οποίο συνίσταται στην εξάρτηση από δείκτες απόστασης όπως οι μεταβλητές Cepheid - παλλόμενα αστέρια των οποίων οι αποστάσεις μπορούν να συναχθούν συγκρίνοντας την εγγενή τους φωτεινότητα με την φαινομενική τους φωτεινότητα. Αυτές οι μετρήσεις συγκρίνονται στη συνέχεια με τον τρόπο με τον οποίο το φως από τους γαλαξίες απόστασης μετατοπίζεται για να προσδιορίσει πόσο γρήγορα επεκτείνεται ο χώρος μεταξύ των γαλαξιών.
Από αυτό, προκύπτει η σταθερά Hubble. Για να χτίσει τη μακρινή τους σκάλα, ο Riess και η ομάδα του πραγματοποίησαν μετρήσεις παράλλαξης χρησιμοποιώντας το Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3) οκτώ μεταβλητών αστεριών Cepheid που αναλύθηκαν πρόσφατα στον Γαλαξία μας. Αυτά τα αστέρια απέχουν περίπου 10 φορές πιο μακριά από οποιαδήποτε προηγούμενη μελέτη - μεταξύ 6.000 και 12.000 ετών φωτός από τη Γη - και παλμώνται σε μεγαλύτερα διαστήματα.
Για να διασφαλιστεί η ακρίβεια που θα αντιστοιχούσε στην ταλάντευση αυτών των αστεριών, η ομάδα ανέπτυξε επίσης μια νέα μέθοδο όπου ο Χαμπλ θα μετρούσε τη θέση ενός αστεριού χίλιες φορές το λεπτό κάθε έξι μήνες για τέσσερα χρόνια. Στη συνέχεια, η ομάδα συνέκρινε τη φωτεινότητα αυτών των οκτώ αστεριών με πιο μακρινά Cepheids για να διασφαλίσει ότι θα μπορούσαν να υπολογίσουν τις αποστάσεις με άλλους γαλαξίες με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνική, ο Χαμπλ μπόρεσε να συλλάβει την αλλαγή της θέσης αυτών των αστεριών σε σχέση με άλλους, γεγονός που απλοποίησε τα πράγματα πάρα πολύ. Όπως εξήγησε ο Riess σε δελτίο τύπου της NASA:
«Αυτή η μέθοδος επιτρέπει επαναλαμβανόμενες ευκαιρίες για τη μέτρηση των εξαιρετικά μικρών μετατοπίσεων λόγω παράλλαξης. Μετράτε τον διαχωρισμό μεταξύ δύο αστεριών, όχι μόνο σε ένα μέρος της κάμερας, αλλά και πάνω από χιλιάδες φορές, μειώνοντας τα σφάλματα στη μέτρηση. "
Σε σύγκριση με προηγούμενες έρευνες, η ομάδα μπόρεσε να επεκτείνει τον αριθμό των αστεριών που αναλύθηκαν σε αποστάσεις έως και 10 φορές πιο μακριά. Ωστόσο, τα αποτελέσματά τους έρχονταν επίσης σε αντίθεση με εκείνα που αποκτήθηκαν από τον δορυφόρο Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), ο οποίος μετράει το Cosmic Microwave Background (CMB) - την υπολειπόμενη ακτινοβολία που δημιουργήθηκε από το Big Bang - από τότε που αναπτύχθηκε το 2009.
Χαρτογραφώντας το CMB, ο Planck μπόρεσε να εντοπίσει την επέκταση του κόσμου κατά τη διάρκεια του πρώτου Σύμπαντος - περίπου. 378.000 χρόνια μετά το Big Bang. Το αποτέλεσμα του Planck προέβλεπε ότι η σταθερή τιμή του Hubble θα έπρεπε τώρα να είναι 67 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (3,3 εκατομμύρια έτη φωτός) και θα μπορούσε να μην υπερβαίνει τα 69 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec.
Με βάση το sruvey τους, η ομάδα του Riess έλαβε τιμή 73 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, μια διαφορά 9%. Ουσιαστικά, τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι οι γαλαξίες κινούνται με ταχύτερο ρυθμό από αυτόν που υπονοείται από τις παρατηρήσεις του πρώιμου Σύμπαντος. Επειδή τα δεδομένα του Hubble ήταν τόσο ακριβή, οι αστρονόμοι δεν μπορούν να απορρίψουν το κενό μεταξύ των δύο αποτελεσμάτων ως σφάλματα σε οποιαδήποτε μεμονωμένη μέτρηση ή μέθοδο. Όπως εξήγησε ο Reiss:
«Η κοινότητα αγωνίζεται πραγματικά με την κατανόηση της έννοιας αυτής της ασυμφωνίας… Και τα δύο αποτελέσματα έχουν δοκιμαστεί με πολλούς τρόπους, εμποδίζοντας έτσι μια σειρά από άσχετα λάθη. είναι όλο και πιο πιθανό ότι αυτό δεν είναι ένα σφάλμα αλλά ένα χαρακτηριστικό του σύμπαντος. "
Αυτά τα τελευταία αποτελέσματα συνεπώς υποδηλώνουν ότι κάποια προηγουμένως άγνωστη δύναμη ή κάποια νέα φυσική μπορεί να λειτουργεί στο Σύμπαν. Όσον αφορά τις εξηγήσεις, ο Reiss και η ομάδα του έχουν προσφέρει τρεις δυνατότητες, οι οποίες έχουν να κάνουν με το 95% του Σύμπαντος που δεν μπορούμε να δούμε (δηλαδή σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια). Το 2011, ο Reiss και δύο άλλοι επιστήμονες απονεμήθηκαν το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική για την ανακάλυψη του 1998 ότι το Σύμπαν ήταν σε επιταχυνόμενο ρυθμό επέκτασης.
Σύμφωνα με αυτό, προτείνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε να απομακρύνει τους γαλαξίες εκτός από την αυξανόμενη δύναμη. Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι υπάρχει ένα μη αποκαλυπτόμενο υποατομικό σωματίδιο εκεί έξω που είναι παρόμοιο με ένα νετρίνο, αλλά αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη από τη βαρύτητα αντί για τις υποατομικές δυνάμεις. Αυτά τα «αποστειρωμένα νετρίνα» θα ταξιδεύουν κοντά στην ταχύτητα του φωτός και θα μπορούσαν συλλογικά να είναι γνωστά ως «σκοτεινή ακτινοβολία».
Οποιαδήποτε από αυτές τις δυνατότητες θα σήμαινε ότι το περιεχόμενο του πρώιμου Σύμπαντος ήταν διαφορετικό, αναγκάζοντας έτσι να επανεξετάσουμε τα κοσμολογικά μας μοντέλα. Προς το παρόν, ο Riess και οι συνεργάτες του δεν έχουν καμία απάντηση, αλλά σκοπεύουν να συνεχίσουν να βελτιώνουν τις μετρήσεις τους. Μέχρι στιγμής, η ομάδα SHOES έχει μειώσει την αβεβαιότητα της σταθεράς Hubble στο 2,3%.
Αυτό συμβαδίζει με έναν από τους κεντρικούς στόχους του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, το οποίο ήταν να συμβάλει στη μείωση της τιμής αβεβαιότητας στο Constant του Hubble, για το οποίο οι εκτιμήσεις κάποτε διέφεραν από έναν παράγοντα 2.
Έτσι, ενώ αυτή η ασυμφωνία ανοίγει την πόρτα σε νέες και δύσκολες ερωτήσεις, μειώνει επίσης την αβεβαιότητα μας ουσιαστικά όσον αφορά τη μέτρηση του Σύμπαντος. Τελικά, αυτό θα βελτιώσει την κατανόησή μας για το πώς εξελίχθηκε το Σύμπαν αφού δημιουργήθηκε σε ένα φλογερό κατακλυσμό πριν 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.
