Denumirea „energie întunecată” este doar un locaș pentru forță - oricare ar fi ea - care face ca Universul să se extindă. Noile observații ale mai multor stele variabile Cepheid de către Telescopul Spațial Hubble au perfecționat măsurarea ritmului actual de expansiune al Universului la o precizie în care eroarea este mai mică de cinci la sută. Noua valoare pentru rata de expansiune, cunoscută sub numele de constantă Hubble, sau H0 (după Edwin Hubble care a măsurat prima dată expansiunea universului cu aproape un secol în urmă), este de 74,2 kilometri pe secundă pe megaparsec (marja de eroare de 3,6). Rezultatele sunt de acord îndeaproape cu o măsurare anterioară obținută de la Hubble de 72 ± 8 km / sec / megaparsec, dar acum sunt mai mult de două ori mai precise.
Măsurarea Hubble, realizată de echipa SHOES (Supernova H0 pentru ecuația de stat) și condusă de Adam Riess, de la Institutul de Științe ale Telescopului Spațial și de la Universitatea Johns Hopkins, folosește o serie de rafinamente pentru a eficientiza și a consolida construcția unui cosmic „Scară la distanță”, un miliard de ani lumină, pe care astronomii o folosesc pentru a determina rata de expansiune a universului.
Observațiile Hubble ale variabilelor cefeide pulsante într-un marker de mile cosmice din apropiere, galaxia NGC 4258 și în galaxiile gazdă ale supernovelor recente, leagă direct acești indicatori de distanță. Folosirea lui Hubble pentru punerea acestor scări în scară a eliminat erorile sistematice care sunt introduse aproape inevitabil prin compararea măsurătorilor de la diferite telescoape.
Riess explică noua tehnică: „Este ca și cum ai măsura o clădire cu o bandă lungă, în loc să mute un capăt de curte peste capăt. Evitați să compuneți micile erori pe care le faceți de fiecare dată când mișcați stânga. Cu cât clădirea este mai mare, cu atât eroarea este mai mare. ”
Lucas Macri, profesor de fizică și astronomie la Texas A&M și un contribuabil semnificativ la rezultate, a declarat: „Cefeidele sunt coloana vertebrală a scării distanței, deoarece perioadele lor de pulsare, care sunt ușor observate, se corelează direct cu luminozitățile lor. Un alt rafinament al scării noastre este faptul că am observat cefeidele în părțile infraroșii aproape ale spectrului electromagnetic unde aceste stele variabile sunt indicatori de distanță mai buni decât la lungimile de undă optice. "
Această nouă valoare mai precisă a constantei Hubble a fost folosită pentru a testa și a constrânge proprietățile energiei întunecate, forma de energie care produce o forță repulsivă în spațiu, ceea ce determină accelerarea vitezei de expansiune a universului.
Prin împletirea istoriei de expansiune a universului între astăzi și când universul avea doar aproximativ 380.000 de ani, astronomii au putut să limiteze natura energiei întunecate care determină accelerarea expansiunii. (Măsurarea universului îndepărtat este derivat din fluctuațiile fundalului microundelor cosmice, așa cum a fost rezolvată de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP, în 2003).
Rezultatul lor este în concordanță cu cea mai simplă interpretare a energiei întunecate: că este echivalent matematic cu constanta cosmologică ipoteză a lui Albert Einstein, introdusă cu un secol în urmă pentru a împinge pe țesătura spațiului și pentru a împiedica universul să se prăbușească sub atracția gravitației. (Einstein, totuși, a eliminat constanta odată ce expansiunea universului a fost descoperită de Edwin Hubble.)
„Dacă introduceți o cutie în toate modurile în care energia întunecată ar putea diferi de constanta cosmologică, acea casetă ar fi acum de trei ori mai mică”, spune Riess. „Acesta este progresul, dar mai avem un drum lung pentru a stabili natura energiei întunecate.”
Deși constanta cosmologică a fost concepută cu mult timp în urmă, probele observaționale pentru energia întunecată nu au apărut decât în urmă cu 11 ani, când au fost efectuate două studii, unul condus de Riess și Brian Schmidt de la Observatorul Mount Stromlo, iar celălalt de Saul Perlmutter, de Lawrence Berkeley Laboratorul Național a descoperit energia întunecată independent, în parte cu observații Hubble. De atunci astronomii au urmărit observații pentru a caracteriza mai bine energia întunecată.
Abordarea lui Ries de a restrânge explicații alternative pentru energia întunecată - fie că este vorba despre o constantă cosmologică statică sau un câmp dinamic (cum ar fi forța respingătoare care a condus la inflația după big bang) - este de a rafina măsurătorile istoriei de expansiune a universului.
Înainte de lansarea lui Hubble în 1990, estimările constantei Hubble variau cu un factor de doi. La sfârșitul anilor '90, proiectul cheie al telescopului spațial Hubble pe scara extragalactică la distanță a perfecționat valoarea constantei Hubble la o eroare de doar zece procente. Acest lucru s-a realizat prin observarea variabilelor cefeide la lungimi de undă optice la distanțe mai mari decât cele obținute anterior și compararea celor cu măsurători similare de la telescoape la sol.
Echipa SHOES a folosit Spectrometrul de cameră infraroșu și spectrometrul cu mai multe obiecte (Hubs), Hubble și Camera Avansată pentru Sondaje (ACS) pentru a observa 240 de stele variabile Cepheid pe șapte galaxii. Una dintre aceste galaxii a fost NGC 4258, a cărei distanță a fost determinată foarte precis prin observații cu radiotelescoape. Celelalte șase galaxii au găzduit recent supernovele de tip Ia, care sunt indicatori de distanță fiabili pentru măsurători și mai îndepărtate în univers. Supernovele de tip Ia explodează cu aproape aceeași cantitate de energie și, prin urmare, au aproape aceeași luminozitate intrinsecă.
Observând cefeide cu proprietăți foarte similare la lungimi de undă aproape infraroșu în toate cele șapte galaxii și folosind același telescop și instrument, echipa a reușit să calibreze mai precis luminozitatea supernovelor. Cu abilitățile puternice ale lui Hubble, echipa a fost capabilă să evite unele dintre cele mai șubrede trepte de-a lungul scării de distanță anterioare care implică incertitudini în comportamentul cefeidelor.
Riess ar dori în cele din urmă să vadă constanta Hubble perfecționată la o valoare cu o eroare de cel mult un procent, pentru a pune restricții și mai strânse asupra soluțiilor pentru energia întunecată.
Sursa: Institutul de Știință al Telescopului Spațial
