Nešto ne valja u svemiru.
To bi moglo biti nešto malo: pitanje mjerenja zbog kojeg određene zvijezde izgledaju bliže ili dalje nego što su one, nešto što bi astrofizičari mogli popraviti s nekoliko podešavanja kako mjere udaljenosti u svemiru. To može biti nešto veliko: greška - ili niz pogrešaka - u kozmologiji, ili naše razumijevanje nastanka i evolucije svemira. Ako je to slučaj, cijela naša povijest prostora i vremena može se zabrljati. Ali bez obzira na to što se radi o tome, to se čini ključnim opažanjima svemira međusobno neskladnim: Ako se mjeri na jedan način, čini se da se svemir širi određenom brzinom; izmjereno drugim načinom, čini se da se svemir širi različitom brzinom. Kao što pokazuje novi rad, ta se odstupanja posljednjih godina sve više povećavaju, čak i kad su mjerenja postajala preciznija.
"Smatramo da ako je naše razumijevanje kozmologije tačno, tada bi nam sva ta različita mjerenja trebala dati isti odgovor", rekla je Katie Mack, teorijska kozmologinja sa Državnog sveučilišta u Sjevernoj Karolini (NCSU) i koautorica novog rada ,
Dvije najpoznatije mjerenja djeluju vrlo različito jedna od druge. Prvi se oslanja na kozmičku mikrovalnu pozadinu (CMB): ostatak mikrovalnog zračenja iz prvih trenutaka nakon Velikog praska. Kozmolozi su na CMB temeljima izgradili teorijske modele čitave povijesti svemira - modele u koje su vrlo sigurni i koji bi zahtijevali da se probije sasvim nova fizika. A zajedno, rekao je Mack, oni daju razmjerno precizan broj za Hubble konstantu, ili H0, koji regulira koliko se svemir trenutno širi.
Drugo mjerenje koristi supernove i blještave zvijezde u obližnjim galaksijama, poznatim kao cefidi. Uvidom u to koliko su te galaksije udaljene od naših i koliko se brzo odmiču od nas, astronomi su dobili ono što vjeruju da je vrlo precizno mjerenje Hubbleove konstante. A ta metoda nudi drugačiji H0.
"Ako dobivamo različite odgovore, to znači da postoji nešto što ne znamo", rekao je Mack za Live Science. "Dakle, ovdje se zapravo ne radi samo o razumijevanju trenutne brzine širenja svemira - što je nešto što nas zanima - nego razumijevanju kako se svemir razvijao, kako se širenje razvijalo i što sve prostor-vrijeme sve radi vrijeme."
Weikang Lin, također kozmolog iz NCSU-a i vodeći autor rada, rekao je da je tim ciljem razvio cjelovitu sliku problema i tim tim odlučio zaokružiti sve različite načine "ograničavanja" H0 na jednom mjestu. Rad još nije formalno recenziran ili objavljen, a dostupan je na arxiv poslužitelju pretiska.
Evo što "ograničenje" znači: Mjerenja u fizici rijetko pronalaze točne odgovore. Umjesto toga, oni postavljaju ograničenje u rasponu mogućih odgovora. A gledajući zajedno ta ograničenja, možete puno naučiti o nečemu što proučavate. Primjerice, gledajući kroz jedan teleskop, možete naučiti da je svjetlosna točka crvena, žuta ili narančasta. Drugi bi vam mogao reći da je svjetlija od većine ostalih svjetala u prostoru, ali manje svijetla od sunca. Drugi bi vam mogao reći da se kreće nebom brzo poput planete. Nijedno od tih ograničenja ne bi vam puno reći sami, ali ako ih uzmemo zajedno, predlažemo da pogledate Mars.
Lin, Mack i njihov treći koautor, student poslijediplomskog studija NCSU-a Liqiang Hou, pogledali su ograničenja na dvije konstante: H0 i nešto što se naziva "masni udio" svemira, označeno kao Ωm, što vam govori koliko svemira je energija, a koliko je stvar. Mnoga mjerenja H0 također ograničavaju Ωm, rekao je Lin, pa je korisno pogledati ih zajedno.
To je stvorilo ovu živopisnu zavjeru:
Rastegnuti magenta ovalni s oznakom WMAP je raspon mogućih masnih frakcija i Hubble konstanta koji su nekada bili mogući na temelju velikog prethodnog NASA-inog istraživanja CMB, poznatog kao Wilkinson mikrovalna anisotropna sonda. Žuti stupac s oznakom CV SN (skraćeno za "Cefidno kalibrirano Super-Ie Supernovee") odnosi se na mjerenja Cefeid-supernove, koja ne ograničavaju masni udio u svemiru, već ograničavaju H0. Crvena traka s oznakom SN P (skraćeno za "Type-Ia Supernovae Panteon") glavno je ograničenje za masni udio u svemiru.
Možete vidjeti da se rubovi WMAP-a i CV SN-a preklapaju, uglavnom izvan crvene trake. To je bila slika odstupanja prije nekoliko godina, Mack je rekao: Dovoljno značajan da se brine da su dva mjerenja pokazivali različite odgovore, ali ne toliko značajne da bi ih učinili nespojivim s malim izvrtanjem.
No, posljednjih je godina došlo do novog mjerenja CMB-a iz grupe koja se zove Planckova suradnja. Planckova suradnja, koja je svoj najnoviji skup podataka objavila 2018. godine, postavila je vrlo stroga ograničenja u masnom udjelu i brzini širenja u svemiru, označena crnom klizačem na ploči s oznakom Planck.
Sada, napisali su autori, pojavljuju se dvije divno različite slike svemira. Planck i WMAP - zajedno s nizom drugih pristupa ograničavanju H0 i Ωm - svi su manje ili više kompatibilni. Na zemljištu postoji mjesto, u krugu bijelih crtica, gdje svi omogućavaju slične odgovore o tome kako se svemir brzo širi i koliko od njega čini materija. Možete vidjeti da gotovo svi oblici na plohi prolaze kroz taj krug.
No, najizravnije mjerenje, koje se temelji na tome da zapravo proučimo koliko su stvari udaljene u našem lokalnom svemiru i koliko se brzo kreću, ne slaže se. Mjerenje Cefeida desno je, a čak ni crte pogrešaka (blijedi žuti bitovi, koji označavaju opseg vjerojatnih vrijednosti) prolaze kroz isprekidani krug. I to je problem.
"U posljednjih nekoliko mjeseci bilo je mnogo aktivnosti na ovom području", rekla je Risa Wechsler, kozmolog sa Sveučilišta Stanford koja nije bila uključena u ovaj rad. "Stoga je stvarno lijepo vidjeti sve sažeto. Uokvirivanje u smislu H0 i Ωm, koji su temeljni parametri, zaista je razjašnjava."
Ipak, Wechsler je za Live Science rekao da je važno ne brzati se s bilo kakvim zaključcima.
"Ljudi su uzbuđeni zbog ovoga jer bi to moglo značiti da postoji nova fizika, i to bi bilo zaista uzbudljivo", rekla je.
Moguće je da je CMB model na neki način pogrešan, a to vodi do neke vrste sustavne pogreške u tome kako fizičari razumiju svemir.
"Svi bi to voljeli. Fizičari vole lomiti svoje modele", rekao je Wechsler. "Ali ovaj model zasad djeluje prilično dobro, tako da je moj prioritet to što mora postojati prilično jak dokaz da me uvjeri."
Studija pokazuje da bi bilo teško uskladiti mjerenje Kefeida iz lokalnog svemira sa svim ostalim uvođenjem samo jednog novog djela fizike, rekao je Mack.
Moguće je, rekao je Mack, da je izračunavanje supernove-cefida upravo pogrešno. Možda fizičari pogrešno mjere udaljenosti u našem lokalnom svemiru, a to vodi k pogrešnoj računici. Teško je zamisliti što bi ta pogrešna računica bila, rekla je. Mnogo astrofizičara izmjerilo je lokalne udaljenosti od nule i došlo je do sličnih rezultata. Jedna od mogućnosti koju su autori postavili jest upravo da živimo u čudnom komadu svemira u kojem je manje galaksija i manje gravitacije, pa se naše susjedstvo širi brže od svemira u cjelini.
Odgovor na problem, rekla je, mogao bi biti točno iza ugla. Ali vjerojatnije je da su prošle godine ili desetljeća.
"Ili je ili nešto novo u svemiru ili nešto što ne razumijemo u svoja mjerenja", rekla je.
Wechsler je rekla da će se kladiti na potonje - da vjerojatno postoji nešto što nije točno u vezi s greškama oko nekih mjerenja koja su uključena te da će se, nakon što se ta riješe, slika ljepše uklopiti.
Dolazeći mjerenja mogli bi razjasniti kontradikciju - bilo da je objasnite ili povećate, sugerirajući da je potrebno novo polje fizike. Veliki teleskop sinoptičke ankete, koji bi trebao biti dostupan na mreži 2020. godine, trebao bi pronaći stotine milijuna supernova, što bi trebalo znatno poboljšati skupove podataka koje astrofizičari koriste za mjerenje udaljenosti između galaksija. Naposljetku, rekao je Mack, studije gravitacijskog vala bit će dovoljno dobre da ograniče i širenje svemira, što bi trebalo dodati još jednu razinu preciznosti kozmologiji. Prema putu, rekla je, fizičari bi čak mogli razviti dovoljno osjetljive instrumente da gledaju kako se predmeti šire u stvarnom vremenu.
Ali za sada kozmolozi još uvijek čekaju i pitaju se zašto njihova mjerenja svemira nemaju smisla zajedno.
