През 20-те години на миналия век Едвин Хъбъл направи революционно разкритие, че Вселената е в състояние на експанзия. Първоначално прогнозирано като последица от Теорията на общата относителност на Айнщайн, това потвърждение доведе до това, което стана известно като Константа на Хъбъл. В осигуряването на десетилетия и благодарение на разполагането на телескопи от следващо поколение - като подходящо наречения космически телескоп Хъбъл (HST), учените бяха принудени да преразгледат този закон.
Накратко, през последните няколко десетилетия способността да се вижда по-далеч в космоса (и по-дълбоко във времето) позволи на астрономите да направят по-точни измервания за това колко бързо се разширява ранната Вселена. И благодарение на ново проучване, проведено с помощта на Хъбъл, международен екип от астрономи успя да извърши най-прецизните измервания на скоростта на разширение на Вселената до момента.
Това проучване е проведено от екипа на Supernova H0 за уравнението на държавата (SH0ES), международна група астрономи, която от 2005 г. се стреми да уточни точността на константата на Хъбъл. Групата се ръководи от Адам Рейс от Космоса Научен институт за телескопи (STScI) и Университета на Джон Хопкинс и включва членове от Американския природонаучен музей, Института Нийлс Бор, Националната обсерватория за оптична астрономия и много престижни университети и изследователски институции.
Проучването, което описва техните открития, се появи наскоро през The Astrophysical Journal под заглавие „Разстояния от типа Super Inova на Supernova при Redshift> 1.5 от Космически телескоп Хъбъл Мултициклични програми за съкровищни услуги: Степента на ранно разширяване “. В името на своето проучване и в съответствие с дългосрочните си цели екипът се стреми да изгради нова и по-точна „стълба на разстояние“.
Този инструмент е как астрономите традиционно измерват разстоянията във Вселената, което се състои в разчитане на маркери на разстояния като променливи на Цефеид - пулсиращи звезди, чиито разстояния могат да бъдат направени чрез сравняване на тяхната вътрешна яркост с видимата им яркост. След това тези измервания се сравняват с начина, по който светлината от отдалечените галактики е преместена, за да се определи колко бързо се разширява пространството между галактиките.
От това се извежда Константата на Хъбъл. За да построят своята отдалечена стълба, Риес и неговият екип проведоха паралелни измервания, използвайки широката полева камера 3 на Hubble (WFC3) на осем наскоро анализирани променливи звезди на Cepheid по Млечния път. Тези звезди са на около 10 пъти по-далеч от всички проучени преди - между 6 000 и 12 000 светлинни години от Земята - и пулсират на по-дълги интервали.
За да гарантира точността, която да отчита колебанията на тези звезди, екипът разработи и нов метод, при който Хъбъл измерва позицията на звезда хиляда пъти в минута на всеки шест месеца в продължение на четири години. След това екипът сравнява яркостта на тези осем звезди с по-далечни Цефеиди, за да гарантира, че те могат да изчислят разстоянията до други галактики с по-голяма точност.
Използвайки новата техника, Хъбъл успя да улови промяната в положението на тези звезди спрямо другите, което опрости нещата неимоверно. Както Риес обясни в прессъобщението на НАСА:
„Този метод позволява многократни възможности за измерване на изключително малките измествания, дължащи се на паралакс. Измервате разделението между две звезди, не само на едно място на камерата, но над и над хиляди пъти, намалявайки грешките в измерването. "
В сравнение с предишни проучвания екипът успя да разшири броя на анализираните звезди до разстояния до 10 пъти по-далеч. Резултатите от тях обаче противоречиха и на тези, получени от спътника Planck на Европейската космическа агенция (ESA), който измерва космическия микровълнов фон (CMB) - остатъчната радиация, създадена от Големия взрив - от момента на разполагането му през 2009 г.
Чрез картографиране на CMB, Планк успя да проследи разширяването на Космоса по време на ранната Вселена - около. 378 000 години след Големия взрив. Резултатът на Планк прогнозира, че постоянната стойност на Хъбъл сега трябва да бъде 67 километра в секунда на мегапарсек (3.3 милиона светлинни години) и може да бъде не по-висока от 69 километра в секунда на мегапарсек.
Въз основа на тяхното проучване екипът на Riess получи стойност 73 километра в секунда на мегапарсек, разминаване от 9%. По същество техните резултати показват, че галактиките се движат с по-бърза скорост от тази, наложена от наблюденията на ранната Вселена. Тъй като данните на Хъбъл бяха толкова точни, астрономите не могат да отхвърлят пропастта между двата резултата като грешки при всяко едно измерване или метод. Както обясни Рейс:
„Общността наистина се бори с разбирането на смисъла на това разминаване… И двата резултата са тествани по много начини, така че се възпрепятства поредица от несвързани грешки. все по-вероятно е това да не е бъг, а характеристика на Вселената. "
Ето защо тези последни резултати предполагат, че някаква неизвестна досега сила или някаква нова физика може да работят във Вселената. По отношение на обясненията, Рейс и неговият екип са предложили три възможности, всички от които са свързани с 95% от Вселената, която не можем да видим (т.е. тъмна материя и тъмна енергия). През 2011 г. Рейс и още двама учени получиха Нобеловата награда по физика за откритието им от 1998 г., че Вселената е в ускорена скорост на разширяване.
В съответствие с това, те предполагат, че Тъмната енергия може да избута галактики освен с увеличаване на силата. Друга възможност е, че там има неоткрита субатомна частица, която е подобна на неутрино, но взаимодейства с нормалната материя чрез гравитация, вместо субатомни сили. Тези „стерилни неутрино“ биха пътували със скоростта на светлината и биха могли да бъдат известни като „тъмно излъчване“.
Всяка от тези възможности би означавала, че съдържанието на ранната Вселена е различно, което налага преосмисляне на нашите космологични модели. Понастоящем Риес и колегите му нямат отговори, но планират да продължат да прецизират своите измервания. Досега екипът на SHOES намали несигурността на Константата на Хъбъл до 2,3%.
Това е в съответствие с една от основните цели на космическия телескоп Хъбъл, която беше да помогне за намаляване на стойността на несигурността в Константата на Хъбъл, за която оценките веднъж варираха в коефициент 2.
И така, докато това несъответствие отваря вратата за нови и предизвикателни въпроси, то също така намалява значително нашата несигурност, когато става дума за измерване на Вселената. В крайна сметка това ще подобри нашето разбиране за това как еволюира Вселената след създаването й в огнена катаклизма преди 13,8 милиарда години.
