Το όνομα «σκοτεινή ενέργεια» είναι απλώς ένα placeholder για τη δύναμη - ό, τι κι αν είναι - που κάνει το Σύμπαν να επεκταθεί. Νέες παρατηρήσεις αρκετών μεταβλητών αστεριών Cepheid από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble βελτίωσαν τη μέτρηση του σημερινού ρυθμού επέκτασης του Σύμπαντος με ακρίβεια όπου το σφάλμα είναι μικρότερο από πέντε τοις εκατό. Η νέα τιμή για τον ρυθμό επέκτασης, γνωστή ως σταθερά Hubble, ή H0 (μετά τον Edwin Hubble που μέτρησε για πρώτη φορά την επέκταση του σύμπαντος πριν από έναν αιώνα περίπου), είναι 74,2 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (περιθώριο σφάλματος ± 3,6). Τα αποτελέσματα συμφωνούν στενά με μια προηγούμενη μέτρηση που προήλθε από το Hubble 72 ± 8 km / sec / megaparsec, αλλά τώρα είναι περισσότερο από δύο φορές ακριβέστερες.
Η μέτρηση Hubble, που διεξήχθη από την ομάδα SHOES (Supernova H0 for the Equation of State) και με επικεφαλής τον Adam Riess, του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου και του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, χρησιμοποιεί έναν αριθμό βελτιώσεων για τον εξορθολογισμό και την ενίσχυση της κατασκευής ενός κοσμικού «Σκάλα απόστασης», ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός σε μήκος, που οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν για να καθορίσουν τον ρυθμό επέκτασης του σύμπαντος.
Οι παρατηρήσεις του Χαμπλ για τις παλμικές μεταβλητές Cepheid σε έναν κοντινό δείκτη κοσμικού μιλίου, τον γαλαξία NGC 4258 και στους γαλαξίες-ξενιστές των πρόσφατων σουπερνοβών, συνδέουν άμεσα αυτούς τους δείκτες απόστασης. Η χρήση του Hubble για τη γεφύρωση αυτών των βαθμίδων στη σκάλα εξάλειψε τα συστηματικά σφάλματα που σχεδόν αναπόφευκτα εισάγονται συγκρίνοντας μετρήσεις από διαφορετικά τηλεσκόπια.
Ο Riess εξηγεί τη νέα τεχνική: «Είναι σαν να μετράς ένα κτίριο με μια μακρά μεζούρα αντί να μετακινείς ένα ραβδί αυλής από άκρο. Αποφεύγετε να συνδυάζετε τα μικρά λάθη που κάνετε κάθε φορά που μετακινείτε το κριτήριο. Όσο υψηλότερο είναι το κτίριο, τόσο μεγαλύτερο είναι το σφάλμα. "
Ο Lucas Macri, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Texas A&M, και σημαντικός συντελεστής στα αποτελέσματα, δήλωσε: «Το Cepheids είναι η ραχοκοκαλιά της σκάλας απόστασης, επειδή οι περίοδοι παλμών τους, οι οποίες παρατηρούνται εύκολα, σχετίζονται άμεσα με τη φωτεινότητα τους. Μια άλλη βελτίωση της σκάλας μας είναι το γεγονός ότι έχουμε παρατηρήσει τα Cepheids στα κοντινά υπέρυθρα μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος όπου αυτά τα μεταβλητά αστέρια είναι καλύτεροι δείκτες απόστασης από ό, τι σε οπτικά μήκη κύματος. "
Αυτή η νέα, ακριβέστερη τιμή της σταθεράς Hubble χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο και τον περιορισμό των ιδιοτήτων της σκοτεινής ενέργειας, της μορφής ενέργειας που παράγει μια απωστική δύναμη στο διάστημα, η οποία προκαλεί την επιτάχυνση του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος.
Μέσω του ιστορικού επέκτασης του σύμπαντος μεταξύ του σήμερα και όταν το σύμπαν ήταν μόλις περίπου 380.000 ετών, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να θέσουν όρια στη φύση της σκοτεινής ενέργειας που προκαλεί την επιτάχυνση της επέκτασης. (Η μέτρηση για το μακρινό, πρώιμο σύμπαν προέρχεται από διακυμάνσεις στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, όπως επιλύθηκε από τον Wilkinson Microwave Anisotropy Probe της NASA, WMAP, το 2003.)
Το αποτέλεσμα τους είναι σύμφωνο με την απλούστερη ερμηνεία της σκοτεινής ενέργειας: ότι ισοδυναμεί μαθηματικά με την υποθετική κοσμολογική σταθερά του Άλμπερτ Αϊνστάιν, που εισήχθη πριν από έναν αιώνα για να ωθήσει το ύφασμα του χώρου και να αποτρέψει το σύμπαν να καταρρεύσει κάτω από το τράβηγμα της βαρύτητας. (Ο Αϊνστάιν, ωστόσο, αφαίρεσε τη σταθερά μόλις ανακαλύφθηκε η επέκταση του σύμπαντος από τον Edwin Hubble.)
«Εάν βάζεις σε ένα κουτί όλους τους τρόπους με τους οποίους η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να διαφέρει από την κοσμολογική σταθερά, αυτό το κουτί θα είναι τώρα τρεις φορές μικρότερο», λέει ο Riess. "Αυτή είναι η πρόοδος, αλλά έχουμε ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουμε για να εντοπίσουμε τη φύση της σκοτεινής ενέργειας."
Αν και η κοσμολογική σταθερά είχε συλληφθεί εδώ και πολύ καιρό, τα στοιχεία παρατήρησης για τη σκοτεινή ενέργεια δεν εμφανίστηκαν πριν από 11 χρόνια, όταν δύο μελέτες, μία με επικεφαλής τον Riess και τον Brian Schmidt του Παρατηρητηρίου Mount Stromlo, και την άλλη από τον Saul Perlmutter του Lawrence Berkeley Το Εθνικό Εργαστήριο, ανακάλυψε τη σκοτεινή ενέργεια ανεξάρτητα, εν μέρει με τις παρατηρήσεις του Χαμπλ. Έκτοτε οι αστρονόμοι παρακολουθούν παρατηρήσεις για να χαρακτηρίσουν καλύτερα τη σκοτεινή ενέργεια.
Η προσέγγιση του Riess στη μείωση των εναλλακτικών εξηγήσεων για τη σκοτεινή ενέργεια - είτε πρόκειται για μια στατική κοσμολογική σταθερά είτε για ένα δυναμικό πεδίο (όπως η απωθητική δύναμη που οδήγησε τον πληθωρισμό μετά τη μεγάλη έκρηξη) - είναι να βελτιώσει περαιτέρω τις μετρήσεις της ιστορίας επέκτασης του σύμπαντος.
Πριν ξεκινήσει το Hubble το 1990, οι εκτιμήσεις της σταθεράς Hubble διέφεραν κατά δύο. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, το βασικό έργο διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble στην κλίμακα εξωγαλαξιακής απόστασης βελτίωσε την τιμή της σταθεράς Hubble σε σφάλμα μόνο περίπου δέκα τοις εκατό. Αυτό επιτεύχθηκε παρατηρώντας μεταβλητές Cepheid σε οπτικά μήκη κύματος σε μεγαλύτερες αποστάσεις από αυτές που είχαν ληφθεί προηγουμένως και συγκρίνοντας αυτές με παρόμοιες μετρήσεις από επίγεια τηλεσκόπια.
Η ομάδα SHOES χρησιμοποίησε την κάμερα Inframared Near Infrared Hubble και το Multi-Object Spectrometer (NICMOS) και την Advanced Camera for Surveys (ACS) για να παρατηρήσει 240 μεταβλητά αστέρια Cepheid σε επτά γαλαξίες. Ένας από αυτούς τους γαλαξίες ήταν ο NGC 4258, του οποίου η απόσταση καθορίστηκε με ακρίβεια μέσω παρατηρήσεων με ραδιοτηλεσκόπια. Οι άλλοι έξι γαλαξίες φιλοξένησαν πρόσφατα σουπερνόβα τύπου Ia που είναι αξιόπιστοι δείκτες απόστασης για ακόμη μεγαλύτερες μετρήσεις στο σύμπαν. Οι σουπερνόβα τύπου Ia εκρήγνυνται με σχεδόν την ίδια ποσότητα ενέργειας και επομένως έχουν σχεδόν την ίδια εγγενή φωτεινότητα.
Παρατηρώντας το Cepheids με πολύ παρόμοιες ιδιότητες σε μήκη κύματος σχεδόν υπέρυθρων και στους επτά γαλαξίες και χρησιμοποιώντας το ίδιο τηλεσκόπιο και όργανο, η ομάδα μπόρεσε να βαθμονομήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη φωτεινότητα των σουπερνόβα. Με τις ισχυρές δυνατότητες του Χαμπλ, η ομάδα μπόρεσε να παρακάμψει μερικά από τα πιο χαρούμενα σκαλοπάτια κατά την προηγούμενη σκάλα απόστασης, με αβεβαιότητα στη συμπεριφορά του Cepheids.
Ο Riess θα ήθελε τελικά να δει τη σταθερά του Hubble να βελτιώνεται σε μια τιμή με σφάλμα όχι περισσότερο από ένα τοις εκατό, για να θέσει ακόμη πιο αυστηρούς περιορισμούς στις λύσεις της σκοτεινής ενέργειας.
Πηγή: Ινστιτούτο Διαστημικών Τηλεσκοπίων
