Ανάλογα με το πού κοιτάζουμε, το σύμπαν διαστέλλεται με διαφορετικούς ρυθμούς. Τώρα, οι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τα διαστημικά τηλεσκόπια James Webb και Hubble επιβεβαίωσαν ότι η παρατήρηση δεν οφείλεται σε σφάλμα μέτρησης.
Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν τα διαστημικά τηλεσκόπια James Webb και Hubble για να επιβεβαιώσουν ένα από τα πιο ανησυχητικά αινίγματα σε όλη τη φυσική – ότι το σύμπαν φαίνεται να διαστέλλεται με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με το πού κοιτάζουμε.
Αυτό το πρόβλημα, γνωστό ως ένταση Hubble, έχει τη δυνατότητα να αλλάξει ή και να ανατρέψει εντελώς την κοσμολογία. Το 2019, μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble επιβεβαίωσαν ότι ο γρίφος ήταν πραγματικός- το 2023, ακόμη πιο ακριβείς μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) εδραίωσαν την ασυμφωνία.
Τώρα, ένας τριπλός έλεγχος από τα δύο τηλεσκόπια που συνεργάζονται φαίνεται να έχει θέσει οριστικά στο αρχείο την πιθανότητα οποιουδήποτε σφάλματος μέτρησης. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 6 Φεβρουαρίου στο Astrophysical Journal Letters, υποδηλώνει ότι ίσως υπάρχει κάτι σοβαρό λάθος στην κατανόηση του σύμπαντος που έχουμε.
“Με τα σφάλματα των μετρήσεων να έχουν εξαλειφθεί, αυτό που απομένει είναι η πραγματική και συναρπαστική πιθανότητα να έχουμε παρεξηγήσει το σύμπαν”, δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Adam Riess, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins.
Οι Reiss, Saul Perlmutter και Brian P. Schmidt κέρδισαν το 2011 το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας το 1998, της μυστηριώδους δύναμης πίσω από την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο “χρυσές” μέθοδοι για τον υπολογισμό της σταθεράς Hubble, μιας τιμής που περιγράφει τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Η πρώτη περιλαμβάνει την εξέταση μικροσκοπικών διακυμάνσεων στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB) – ένα αρχαίο κατάλοιπο του πρώτου φωτός του σύμπαντος που δημιουργήθηκε μόλις 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Μεταξύ του 2009 και του 2013, οι αστρονόμοι χαρτογράφησαν αυτό το μικροκυματικό θόλωμα χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος για να συμπεράνουν ότι η σταθερά Hubble είναι περίπου 46.200 μίλια ανά εκατομμύριο έτη φωτός, ή περίπου 67 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά μεγαπαρδευτερόλεπτο (km/s/Mpc).
Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιεί παλλόμενους αστέρες που ονομάζονται μεταβλητοί Κηφείδες. Τα αστέρια Κηφείδη πεθαίνουν και τα εξωτερικά τους στρώματα αερίου ηλίου μεγαλώνουν και συρρικνώνονται καθώς απορροφούν και απελευθερώνουν την ακτινοβολία του άστρου, κάνοντάς τα να τρεμοπαίζουν περιοδικά σαν μακρινές λάμπες σήματος.
Καθώς οι Κηφείδες γίνονται φωτεινότεροι, πάλλονται πιο αργά, δίνοντας στους αστρονόμους ένα μέσο για να μετρήσουν την απόλυτη φωτεινότητά τους. Συγκρίνοντας αυτή τη φωτεινότητα με την παρατηρούμενη φωτεινότητά τους, οι αστρονόμοι μπορούν να μετατρέψουν τους Κηφείδες σε μια “κοσμική σκάλα απόστασης” για να κοιτάξουν όλο και πιο βαθιά στο παρελθόν του σύμπαντος. Με αυτή τη σκάλα στη θέση της, οι αστρονόμοι μπορούν να βρουν έναν ακριβή αριθμό για τη διαστολή του από το πώς το φως των Κηφείδων έχει τεντωθεί ή μετατοπιστεί προς το ερυθρό.
Αλλά εδώ είναι που αρχίζει το μυστήριο. Σύμφωνα με τις μετρήσεις των μεταβλητών Κηφείδων που έγιναν από τον Riess και τους συναδέλφους του, ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος είναι περίπου 74 km/s/Mpc: μια απίστευτα υψηλή τιμή σε σύγκριση με τις μετρήσεις του Planck. Η κοσμολογία είχε εκτοξευθεί σε αχαρτογράφητο έδαφος.
“Δεν θα το λέγαμε ένταση ή πρόβλημα, αλλά μάλλον κρίση”, δήλωσε ο David Gross, βραβευμένος με Νόμπελ αστρονόμος, σε συνέδριο του 2019 στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Kavli (KITP) στην Καλιφόρνια.
Αρχικά, ορισμένοι επιστήμονες σκέφτηκαν ότι η διαφορά θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα σφάλματος μέτρησης που προκαλείται από την ανάμειξη των Κηφείδων με άλλα αστέρια στο άνοιγμα του Hubble. Αλλά το 2023, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το ακριβέστερο JWST για να επιβεβαιώσουν ότι, για τα πρώτα “σκαλοπάτια” της κοσμικής σκάλας, οι μετρήσεις του Hubble ήταν σωστές. Παρ’ όλα αυτά, η πιθανότητα συνωστισμού πιο πίσω στο παρελθόν του σύμπαντος παρέμενε.
Για να επιλύσουν αυτό το ζήτημα, ο Riess και οι συνεργάτες του βασίστηκαν στις προηγούμενες μετρήσεις τους, παρατηρώντας 1.000 ακόμη αστέρια Κηφείδη σε πέντε γαλαξίες-ξενιστές, σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Αφού συνέκριναν τα δεδομένα τους με εκείνα του Hubble, οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν τις προηγούμενες μετρήσεις τους για τη σταθερά Hubble.
“Έχουμε πλέον καλύψει όλο το εύρος των παρατηρήσεων του Hubble και μπορούμε να αποκλείσουμε ένα σφάλμα μέτρησης ως αιτία της τάσης του Hubble με πολύ μεγάλη εμπιστοσύνη”, δήλωσε ο Riess. “Ο συνδυασμός του Webb και του Hubble μας δίνει το καλύτερο και από τους δύο κόσμους. Διαπιστώνουμε ότι οι μετρήσεις του Hubble παραμένουν αξιόπιστες καθώς ανεβαίνουμε πιο μακριά στην κλίμακα των κοσμικών αποστάσεων”.