Με ποιο ρυθμό διαστέλλεται το Σύμπαν; Οι επιστήμονες ακόμα διαφωνούν.

Είναι ένα από τα πιο συζητημένα θέματα στη σύγχρονη φυσική: δύο μετρήσεις του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος διαφωνούν. Τώρα, μια νέα τεχνική που στοχεύει στην επίλυση της αναντιστοιχίας έχει δώσει μια τρίτη εκτίμηση που πέφτει μεταξύ των δύο προηγούμενων. Έτσι, η διαμάχη παραμένει, μετά την νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Astrophysical Journal.

Μια εκτίμηση για το πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν - ένας αριθμός που είναι γνωστός ως σταθερά του Hubble ή καλύτερα, παράμετρος του Hubble μιας και μεταβάλλεται με τον χρόνο – βασίζεται σε παρατηρήσεις υπερκαινοφανών (supernova) αστέρων. Μία άλλη βασίζεται στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, την ακτινοβολία δηλαδή που εκπέμφθηκε λίγο μετά το Big Bang (ουσιαστικά πρόκειται για φωτόνια που απελευθερώθηκαν κάπου 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Εκρηξη). Οι υπολογισμοί που βασίζονται στην πρώτη μέθοδο δείχνουν ότι το σύμπαν επεκτείνεται με ρυθμό περίπου 74 χιλιομέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec. (Ενα megaparsec είναι περίπου 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός. Αν λοιπόν ένας γαλαξίας βρίσκεται σε αυτή την απόσταση, «απομακρύνεται» από εμάς με ταχύτητα 74 χλμ/δευτερόλεπτο, αν βρίσκεται σε απόσταση 2 megaparsec «απομακρύνεται» με διπλάσια ταχύτητα). Αλλά οι μετρήσεις που βασίζονται στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, περιορίζουν αυτή την ταχύτητα σε περίπου 67 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec.

Αυτή η διαφορά οδήγησε ορισμένους ερευνητές να αναρωτιούνται αν λείπει κάτι σημαντικό για την κατανόησή μας για το σύμπαν, όπως άγνωστα υποατομικά σωματίδια που θα μπορούσαν να υπάρχουν.  

Στη νέα μελέτη, ο κοσμολόγος Wendy Freedman του Πανεπιστημίου του Σικάγου και οι συνεργάτες του έκαναν μια άλλη μέτρηση της σταθεράς Hubble, η οποία επίσης βασίζεται σε υπερκαινοφανείς. Οι επιστήμονες καθορίζουν πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν, μετρώντας τον τρόπο με τον οποίο το φως του υπερκαινοφανούς μετατοπίζεται προς το ερυθρό μήκος κύματος που εξαρτάται από αυτή την επέκταση. Αλλά αυτό απαιτεί μια εκτίμηση για το πόσο μακριά είναι αυτά τα αστέρια από τη Γη.

Ο Freedman και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μια διαφορετική, ανεξάρτητη τεχνική για να μετρήσουν τις αποστάσεις των υπερκαινοφανών. Μία ομάδα υπερκαινοφανών αστέρων, γνωστή ως υπερκαινοφανείς τύπου 1α έχουν μια γνωστή φωτεινότητα. Χρησιμοποιώντας μια "κλίμακα απόστασης", η οποία βασίζεται σε άλλα, κοντινά αντικείμενα με επίσης γνωστή φωτεινότητα, οι επιστήμονες μπορούν να μετρήσουν τις αποστάσεις των υπερκαινοφανών αυτής της ομάδας. Οι προηγούμενες κλίμακες απόστασης είχαν στηριχθεί σε έναν τύπο μεταβλητών αστέρων που ονομάζονταν Κηφείδες (Cepheids), αλλά η νέα μελέτη χρησιμοποίησε αστέρες κόκκινους γίγαντες, που φτάνουν ομοιόμορφα σε μια κορυφαία φωτεινότητα.

Η νέα μέτρηση της σταθεράς του Hubble είναι λίγο χαμηλότερη από τις προηγούμενες εκτιμήσεις, περίπου 70 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, σε καλύτερη δηλαδή συμφωνία με την εκτίμηση που βασίζεται στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο. Η ομάδα ανέφερε το αποτέλεσμα στις 16 Ιουλίου σε παρουσίαση στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Santa Barbara.

Ο κοσμολόγος Adam Riess του Πανεπιστημίου Johns Hopkins και το Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, αναρωτιούνται μήπως η χαμηλότερη εκτίμηση οφείλεται στο τρόπο με την οποία η ερευνητική ομάδα έλαβε υπόψη τη μεσοαστρική ύλη (σκόνη, όπως την ονομάζουν οι αστρονόμοι), η οποία συγκαλύπτει τα αστέρια και επηρεάζει τη φωτεινότητα τους. «Η σκόνη είναι ο όλεθρος της αστρονομίας», λέει ο Riess, ο οποίος είχε υπολογίσει την προηγούμενη τιμή της σταθεράς του Hubble.

Δεν είναι ακόμα σαφές αν κάτι πάει στραβά στην προσπάθειά μας να υπολογίσουμε την σταθερά του Hubble ή αν κάτι δεν έχουμε καταλάβει για τον κόσμο. «Αυτό που μας λένε τα αποτελέσματα είναι…  περιμένετε ένα λεπτό, πρέπει να καταλάβετε γιατί έχετε αυτές τις διαφορές, πριν δεχθείτε ενθουσιασμένοι κάθε νέα μέτρηση», λέει ο Freedman. «Ας μην βιαζόμαστε με τη φυσική».

(σημ. Research Highlights: Η φωτογραφία αποτελεί μια σύνθεση εικόνων του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Χαμπλ με μία έκρηξη υπερκαινοφανούς στον γαλαξία M82, σε απόσταση περίπου 11,5 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Ο υπερκαινοφανείς βρίσκεται κάτω δεξιά και η λάμψη του ξεπερνά την λάμψη όλων μαζί των υπόλοιπων αστέρων του γαλαξία του)

ΠΗΓΗ: https://www.sciencenews.org/article/universe-expansion-rate-mystery

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Image Credit: NASA, ESA, A. Goobar (StockholmUniversity), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA). Licenses.