U 1920-ima Edwin Hubble otkrio je revolucionarno otkriće da je Svemir u ekspanziji. Izvorno predviđena kao posljedica Einsteinove teorije opće relativnosti, ta je potvrda dovela do onoga što je postalo poznato kao Hubble-ova konstanta. U osiguravajućim desetljećima i zahvaljujući primjeni teleskopa nove generacije - poput primjereno nazvanog Hubble svemirskog teleskopa (HST) - znanstvenici su bili prisiljeni izmijeniti ovaj zakon.
Ukratko, u posljednjih nekoliko desetljeća, sposobnost da se vidi sve dalje u svemir (i dublje u vrijeme) omogućila je astronomima preciznija mjerenja o tome kako se brzo rani Svemir proširio. Zahvaljujući novom istraživanju provedenom pomoću Hubblea, međunarodni tim astronoma uspio je provesti najpreciznija mjerenja brzine širenja svemira do danas.
Ovo istraživanje proveo je tim Supernove H0 za jednadžbu države (SH0ES), međunarodna skupina astronoma koja je od 2005. godine u potrazi za pročišćavanjem točnosti Hubble konstante. Grupu vodi Adam Reiss iz Svemira Znanstveni institut za teleskop (STScI) i Sveučilište Johns Hopkins, a uključuje članove Američkog prirodnog muzeja, Instituta Neils Bohr, Nacionalnog opservatorija za optičku astronomiju i mnogih prestižnih sveučilišta i istraživačkih institucija.
Studija koja opisuje njihove nalaze nedavno se pojavila u The Astrophysical Journal pod naslovom „Udaljenosti Supernove vrste Ia na Redshift-u> 1,5 od mjesta Hubble svemirski teleskop Programi riznice više ciklusa: Stopa rane ekspanzije “. Radi studija, u skladu sa svojim dugoročnim ciljevima, tim je nastojao izgraditi novu i precizniju „ljestvicu na daljinu“.
Ovaj je alat način na koji astronomi tradicionalno mjere udaljenosti u Svemiru, a koji se sastoji od oslanjanja na markere udaljenosti poput cefeidskih varijabli - pulsirajuće zvijezde, čija se udaljenost može zaključiti uspoređujući njihovu unutarnju svjetlinu s njihovom prividnom svjetlinom. Ta se mjerenja zatim uspoređuju s načinom na koji se svjetlost s udaljenih galaksija premješta kako bi se utvrdilo koliko brzo se prostor između galaksija širi.
Iz toga proizlazi Hubble Constant. Da bi izgradili svoju daleku ljestvicu, Riess i njegov tim izvršili su mjerenja paralakse koristeći Hubble-ovu široku poljanu kameru 3 (WFC3) osam novoanaliziranih cefidskih promjenjivih zvijezda na Mliječnom putu. Te su zvijezde otprilike 10 puta udaljenije od svih prethodno proučenih - između 6.000 i 12.000 svjetlosnih godina od Zemlje - i pulsiraju u dužim intervalima.
Kako bi osigurali točnost koja će odražavati kolebanje ovih zvijezda, tim je također razvio novu metodu kojom će Hubble mjeriti položaj zvijezde tisuću puta u minuti svakih šest mjeseci tijekom četiri godine. Tim je tada usporedio svjetlinu ovih osam zvijezda s udaljenijim Cefeidima kako bi osigurali da mogu preciznije izračunati udaljenosti do drugih galaksija.
Hubble je pomoću nove tehnike uspio uhvatiti promjenu položaja ovih zvijezda u odnosu na druge, što je neizmjerno pojednostavilo stvari. Kao što je Riess objasnio u NASA-inom priopćenju za javnost:
„Ova metoda omogućuje opetovane mogućnosti mjerenja izuzetno sitnih pomaka zbog paralakse. Mjerite razdvajanje između dvije zvijezde, ne samo na jednom mjestu na kameri, već preko i više tisuća puta, smanjujući pogreške u mjerenju. "
U usporedbi s prethodnim istraživanjima, tim je uspio povećati broj analiziranih zvijezda na udaljenosti i do 10 puta više. Međutim, njihovi se rezultati također suprotstavili onima dobivenim satelitom Planck Europske svemirske agencije (ESA), koji mjeri kozmičku mikrovalnu pozadinu (CMB) - preostalo zračenje koje je stvorio Veliki prasak - od kada je uveden 2009. godine.
Mapiranjem CMB-a, Planck je uspio pratiti širenje kozmosa tijekom ranog Svemira - oko. 378.000 godina nakon Velikog praska. Planckov je rezultat predvidio da bi Hubble konstantna vrijednost sada trebala biti 67 kilometara u sekundi po megaparseku (3,3 milijuna svjetlosnih godina) i ne bi mogla biti veća od 69 kilometara u sekundi po megaparseku.
Na temelju rezultata istraživanja, Riess-ov tim dobio je vrijednost od 73 kilometra u sekundi po megaparseku, odstupanja od 9%. Njihovi rezultati u osnovi ukazuju na to da se galaksije kreću većom brzinom od one koju impliciraju promatranja ranog Svemira. Budući da su Hubble podaci bili tako precizni, astronomi ne mogu odbaciti jaz između dva rezultata kao pogreške u bilo kojem pojedinačnom mjerenju ili metodi. Kao što je Reiss objasnio:
„Zajednica se zaista suočava s razumijevanjem značenja ove odstupanja… Oba su rezultata testirana na više načina, tako da zabranjujem niz nepovezanih pogrešaka. sve je vjerojatnije da to nije buba, nego značajka svemira. "
Stoga najnoviji rezultati sugeriraju da bi neka nepoznata sila ili neka nova fizika mogla djelovati u Svemiru. Što se tiče objašnjenja, Reiss i njegov tim ponudili su tri mogućnosti, a sve to ima veze s 95% svemira koje ne možemo vidjeti (tj. Tamnom materijom i tamnom energijom). Godine 2011. Reiss i dvojica znanstvenika dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za svoje otkriće 1998. godine da je svemir u brzini ekspanzije.
U skladu s tim, oni sugeriraju da bi Tamna energija mogla povećavati jačinu galaksija. Druga je mogućnost da tamo postoji neotkrivena subatomska čestica koja je slična neutrinu, ali ona interakcijom s normalnom materijom djeluje gravitacijom, a ne subatomskim silama. Ti "sterilni neutrini" putovali bi brzinom svjetlosti i zajednički bi mogli biti poznati pod nazivom "tamno zračenje".
Bilo koja od ovih mogućnosti značila bi da su sadržaji ranog Svemira bili različiti, zbog čega je bilo potrebno ponovno razmišljanje o našim kozmološkim modelima. Trenutno, Riess i njegove kolege nemaju odgovore, ali planiraju nastaviti usavršavanje svojih mjerenja. Do sada je tim SHOES-a smanjio neizvjesnost Hubble Constant-a na 2,3%.
To je u skladu s jednim od središnjih ciljeva Hubble svemirskog teleskopa, a to je bio da se smanji vrijednost nesigurnosti u Hubbleovoj konstanti, za koju su procjene jednom varirane s faktorom 2.
Iako ova nepodudarnost otvara vrata za nova i izazovna pitanja, ona ujedno značajno smanjuje našu nesigurnost u pogledu mjerenja Svemira. Konačno, ovo će poboljšati naše razumijevanje kako se razvijao Svemir nakon što je stvoren u vatrenom kataklizmom prije 13,8 milijardi godina.
