În anii 1920, Edwin Hubble a făcut o dezvăluire novatoare că Universul se afla într-o stare de expansiune. Prezisă inițial ca o consecință a Teoriei Relativității Generale a lui Einstein, această confirmare a dus la ceea ce a fost cunoscut sub numele de Constanta lui Hubble. În deceniile de asigurare și datorită desfășurării de telescoape de generație viitoare - cum este numitul Telescop spațial Hubble (HST), oamenii de știință au fost nevoiți să revizuiască această lege.
Pe scurt, în ultimele decenii, capacitatea de a vedea mai departe în spațiu (și mai adânc în timp) a permis astronomilor să facă măsurători mai precise despre cât de rapid s-a extins Universul timpuriu. Și datorită unui nou sondaj realizat cu Hubble, o echipă internațională de astronomi a reușit să efectueze până în prezent cele mai precise măsurători ale ratei de expansiune a Universului.
Acest sondaj a fost realizat de Supernova H0 pentru echipa Equation of State (SH0ES), un grup internațional de astronomi care a fost în căutarea de a rafina exactitatea constantei Hubble din 2005. Grupul este condus de Adam Reiss din spațiul Telescope Science Institute (STScI) și Universitatea Johns Hopkins și include membri de la Muzeul American de Istorie Naturală, Institutul Neils Bohr, Observatorul Național de Astronomie Optică și multe universități de prestigiu și instituții de cercetare.
Studiul care descrie descoperirile lor a apărut recent în Jurnalul Astrofizic sub titlul „Tip Ia Supernova Distances at Redshift> 1.5 from the Telescopul spațial Hubble Programe de tezaur multiciclu: Rata de expansiune timpurie „. De dragul studiului lor și în concordanță cu obiectivele pe termen lung, echipa a căutat să construiască o „scară la distanță” nouă și mai exactă.
Acest instrument este modul în care astronomii au măsurat în mod tradițional distanțele în Univers, care constă în a se baza pe markeri de distanță precum variabilele cefeide - stele pulsante ale căror distanțe pot fi deduse comparând luminozitatea lor intrinsecă cu luminozitatea lor aparentă. Aceste măsurători sunt apoi comparate cu modul în care lumina de la galaxiile la distanță este redshift pentru a determina cât de repede se extinde spațiul dintre galaxii.
Din aceasta, se derivă Constanta Hubble. Pentru a-și construi scara îndepărtată, Riess și echipa sa au efectuat măsurători de paralax folosind Wide Field Camera 3 (WFC3) a lui Hubble a opt stele variabile ceheid variabile din Calea Lactee. Aceste stele sunt de aproximativ 10 ori mai îndepărtate decât cele studiate anterior - între 6.000 și 12.000 de ani lumină de Pământ - și pulsează la intervale mai lungi.
Pentru a asigura precizia care să țină cont de vobul acestor stele, echipa a dezvoltat, de asemenea, o nouă metodă prin care Hubble ar măsura poziția unei stele de o mie de ori pe minut, la șase luni, timp de patru ani. Echipa a comparat apoi luminozitatea acestor opt stele cu Cefeide mai îndepărtate pentru a se asigura că ar putea calcula distanțele față de alte galaxii cu mai multă precizie.
Folosind noua tehnică, Hubble a fost capabil să surprindă schimbarea poziției acestor stele în raport cu altele, ceea ce a simplificat lucrurile imens. După cum a explicat Riess într-un comunicat de presă al NASA:
„Această metodă permite oportunități repetate de a măsura deplasările extrem de mici din cauza paralaxului. Mărești separarea între două stele, nu doar într-un singur loc al camerei, ci de mai multe ori, reducând erorile de măsurare. ”
Față de sondajele anterioare, echipa a putut extinde numărul de stele analizate la distanțe de până la 10 ori mai departe. Cu toate acestea, rezultatele lor au contrazis și cele obținute de satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene (ESA), care a măsurat fundalul cu microunde cosmice (CMB) - radiația rămasă creată de Big Bang - de când a fost implementat în 2009.
Prin cartografierea CMB, Planck a reușit să urmărească expansiunea cosmosului în timpul Universului timpuriu - circa. 378.000 de ani de la Big Bang. Rezultatul lui Planck a prezis că valoarea constantă Hubble ar trebui să fie acum 67 de kilometri pe secundă pe megaparsec (3,3 milioane de ani-lumină) și nu ar putea fi mai mare de 69 de kilometri pe secundă pe megaparsec.
Pe baza investigației lor, echipa Ries a obținut o valoare de 73 de kilometri pe secundă pe megaparsec, o discrepanță de 9%. În esență, rezultatele lor indică faptul că galaxiile se mișcă cu o viteză mai rapidă decât cea implicată de observațiile Universului timpuriu. Deoarece datele Hubble au fost atât de precise, astronomii nu pot elimina decalajul dintre cele două rezultate ca erori în nicio măsură sau metodă unică. După cum a explicat Reiss:
„Comunitatea intră într-adevăr, înțelegând sensul acestei discrepanțe ... Ambele rezultate au fost testate în mai multe moduri, astfel încât o serie de greșeli fără legătură. este din ce în ce mai probabil ca acesta să nu fie o eroare, ci o caracteristică a universului. ”
Prin urmare, aceste ultime rezultate sugerează că unele forțe necunoscute anterior sau o nouă fizică ar putea fi în lucru în Univers. În ceea ce privește explicațiile, Reiss și echipa sa au oferit trei posibilități, toate care au legătură cu 95% din Univers pe care nu îl putem vedea (adică materia întunecată și energia întunecată). În 2011, Reiss și alți doi oameni de știință au primit premiul Nobel pentru fizică pentru descoperirea lor din 1998 că Universul se afla într-o viteză accelerată de expansiune.
În concordanță cu aceasta, ei sugerează că Energia Întunecată ar putea împinge galaxiile în afară, odată cu creșterea puterii. O altă posibilitate este aceea că există o particulă subatomică nedescoperită, care este similară cu un neutrino, dar interacționează cu materia normală prin gravitație, în loc de forțele subatomice. Acești „neutrini” sterili ar călători aproape de viteza luminii și ar putea fi cunoscuți drept „radiații întunecate”.
Oricare dintre aceste posibilități ar însemna că conținutul Universului timpur a fost diferit, forțând astfel o regândire a modelelor noastre cosmologice. În prezent, Riess și colegii nu au răspunsuri, dar intenționează să continue ajustarea măsurătorilor. Până în prezent, echipa SHOES a scăzut incertitudinea constantei Hubble la 2,3%.
Acest lucru este în conformitate cu unul dintre obiectivele centrale ale telescopului spațial Hubble, care a fost de a ajuta la reducerea valorii de incertitudine din Constantul lui Hubble, pentru care estimările au variat odată cu un factor de 2.
Așadar, în timp ce această discrepanță deschide ușa către întrebări noi și provocatoare, aceasta reduce și în mod substanțial incertitudinea noastră când vine vorba de măsurarea Universului. În cele din urmă, acest lucru va îmbunătăți înțelegerea noastră despre cum a evoluat Universul după ce a fost creat într-un cataclism înflăcărat în urmă cu 13,8 miliarde de ani.
