Stała Hubble'a i problemu ze zmierzeniem Wszechświata
Kosmologia ma poważny problem: dwie metody, których naukowcy używają by mierzyć rozszerzanie się Wszechświata przynoszą odmienne opowiedzi, a astronomowie nie mają pojęcia dlaczego tak jest. NASA uznaje to za poważny kłopot.
Już od 1929 roku naukowcy zagadzają się, że Wszechświat rozszerza się zgodnie ze współczynnikiem nazwanym stałą Hubble'a, czyli „H0”. Jej nazwa pochodzi od amerykańskiego astronoma, który zauważył, że kiedy obserwujemy odległe galaktyki, to im dalej w Kosmos patrzymy, tym szybciej galaktyki oddalają się od Ziemi. Podstawą tej obserwacji było mierzenie tzw. przesunięcia ku czerwieni (ang. redshift) światła docierającego do nas z galaktyk, czyli stopnia w jakim widmo światła galaktyki jest odmienne od przewidywanego w precyzyjnych badaniach laboratoryjnych.
Stała Hubble'a została uznana za jedną z fundamentalnych stałych fizycznych – tak jak prędkość światła – ale jej zmierzenie możliwe jest tylko pośrednio przez obserwację i mierzenie innych zjawisk. To właśnie z tego wynika problem, który NASA zasygnalizowało w ostatnim odcinku podcastu ScienceCasts (link do wideo obok artykułu).
Mierzenie supernowych
Jednym ze sposobów, w jakim astronomowie mierzą stałą Hubble'a jest obserwacja supernowych typu 1a, które w nieokreślonych okolicznościach pojawiają się w innych galaktykach. Te kosmiczne eksplozje zaczynają się od białych karłów, czyli bardzo gęstych jednostek materii, które pozostają po wypaleniu się i zapadnięciu gwiazd podobnych do naszego Słońca. Białe karły wchodzą w relację z pobliską gwiazdą i „kradną” z niej gazową materię. Gromadzą ją tak długo, aż osiągną graniczną masę (zwaną granicą Chandrasekhara). Wówczas zapadają się i dochodzi do detonacji supernowej.
Ponieważ granica Chandrasekhara jest mniej więcej stała w całym Wszechświecie, a tym samym wybuch supernowej generuje podobną ilość światła, astronomowie mogę posłużyć się nimi do mierzenia kosmicznych odległości. Supernowe typu 1a są bardzo precyzyjnymi znacznikami odległości – zwanymi świecami standardowymi – są więc używane do oznacznia lokalizacji galaktyk. Te dane – coraz dokładniejsze wraz z postępem technologicznym – pozwalają astronomom mierzyć stałą Hubble'a.
Mierzenie poświaty Wielkiego Wybuchu
Innym sposobem ustalania stałej Hubble'a jest mierzenie poświaty po Wielkim Wybuchu, czyli zjawiska zwanego mikrofalowym promieniowaniem tła (CMB, ang. cosmic microwave background). Tu także wraz z postępem naukowcy osiągają coraz dokładniejsze dane i coraz więcej wiedzą o tym widmowym zjawisku kosmicznym.
Tuż po Wielkim Wybuchu, 13,8 miliarda lat temu , kiedy rozgrzana mieszanka cząsteczek zwana plazmą zaczęła stopniowo stygnąć, zaczęła też emitować fotony, pozostawiając tym samym niezatarty ślad na krańcach obserwowalnego Wszechświata. Obserwowanie tych śladów możliwe jest przez precyzyjne teleskopy takie jak należący do NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) lub europejski teleskop umieszczony na staelicie Planck. Zestawienie pomiarów CMB z teoretycznymi modelami rozwoju i rozszerzania się Wszechświata jest właśnie sposobem na ustalanie stałej Hubble'a.
Problem
Obie metody były od początku przedmiotem sporu astronomów, ale dopiero wraz ze zwiększaniem się precyzji narzędzi i metody rozbieżność staje się coraz wyraźniejsza i dojmująca. W 2001 roku opublikowano badanie, w którym ta różnica wynosiła już 8%, przy czym obliczenia biorące za podstawę rozbłyski supernowych typu 1a pokazują szybsze rozszerzanie się Wszechświata niż metoda oparta na pomiarach mikrofalowego promieniowania tła. Tymaczasem stała to jednak stała i jej wartość powinna być, cóż... stała. Bez względu na metodę pomiaru.
Badacze rozważają przyczynę tej rozbieżności. Jego z teorii mówi, że istnieje nieznana dotąd cząsteczka, która wypacza rezultaty jednej z metod. Inna brana pod uwagę możliwość jest taka, że w biegu swojego rozwoju we Wszechświecie zaszła jakaś istotna, której nie znamy, a tym samym nie bieżemy pod uwagę w badaniach opartych na poświatach Wielkiego Wybuchu. Być może na przykład zmianie w czasie uległy cechy ciemnej materii.
Każda z tych możliwości – cały szereg innych – oznacza, że nasz mode kosmologii, czyli podstawowy model opisu Wszechświata, jest niekompletny lub po prostu błędny. To zaś stawia pod znakiem zapytania fundamenty opartej na tym nauki.
Opracowano na podstawie artykułu: Ian O'Neill, Could the Hunt for Hubble's Constant Overturn the Standard Model of Cosmology? Opublikowanego na portalu Space.com
