Ritmul de extindere a universului este incert - trebuie să ne revizuim înţelegerea despre cosmos? [studiu]
Până în prezent, măsurătorile ritmului de extindere a universului sunt incerte şi diferite. Dacă este necesară o nouă fizică pentru a explica aceste noi măsurători, atunci rezultatul va fi o schimbare spectaculoasă a imaginii noastre despre cosmos.
Universul (NASA)
"Data viitoare când mâncaţi o brioşă cu afine, gândiţi-vă la ceea ce s-a întâmplat cu afinele din aluat în timpul coptului. La început, afinele erau înghesuite, dar odată ce brioşa a crescut, ele au început să se îndepărteze una de cealaltă. Dacă am putea sta pe o afină, le-am vedea pe toate celelalte îndepărtându-se de noi şi acelaşi lucru ar fi valabil pentru oricare altă afină pe care am fi ales-o. În acest sens, galaxiile sunt foarte asemănătoare cu afinele", se notează într-un articol publicat pe The Conversation.
Începând de la Big Bang, universul se extinde. Ciudat este faptul că nu există un singur loc din care universul se extinde, ci mai degrabă toate galaxiile (în medie) se depărtează unele de altele. Din perspectiva noastră, în galaxia Calea Lactee se pare că majoritatea galaxiilor se îndepărtează de noi - ca şi cum am fi centrul brioşei noastre asemănătoare cu universul. Dar este exact acelaşi lucru pe oricare altă galaxie - totul se îndepărtează de orice altceva.
Pentru a face lucrurile şi mai confuze, noi observaţii sugerează că rata acestei extinderi în univers poate fi diferită în funcţie de cât de departe ne uităm înapoi în timp. Aceste date noi publicate în Jurnalul Astrofizic indică faptul că a venit timpul să ne revizuim înţelegerea despre cosmos.
Legea lui Hubble
Cosmologii caracterizează extinderea universului printr-o lege simplă, cunoscută sub numele de Legea lui Hubble (numită după Edwin Hubble). Legea lui Hubble susţine că mai multe galaxii îndepărtate se distanţează cu o viteză mai mare. Comparativ, aceasta înseamnă că galaxiile apropiate se deplasează relativ încet.
Relaţia dintre viteza şi distanţa unei galaxii este stabilită de "Constanta Hubble", care este de aproximativ 70 de kilometri pe secundă pe Mega Parsec (o unitate de lungime în astronomie). Aceasta înseamnă că o galaxie se îndepărtează cu aproximativ 80.000 de km pe oră pentru fiecare milion de ani lumină depărtare de noi. Spus altfel, cât timp vă ia să citiţi această propoziţie, o galaxie aflată la o distanţă de un milion de ani lumină se îndepărtează cu aproximativ 170 de kilometri.
Această extindere a universului, cu galaxiile din apropiere care se deplasează mai încet decât galaxiile îndepărtate, este ceea ce se aşteaptă de la un cosmos care se extinde uniform cu o forţă invizibilă ce determină accelerarea extinderii Universului şi o formă necunoscută şi invizibilă de materie care este de cinci ori mai simplă decât materia normală. Asta se observă şi la afinele dintr-o brioşă care se extinde prin coacere.
Diferenţa între măsurătorile de precizie
Istoria măsurării constantei Hubble a fost plină de dificultăţi şi de revelaţii neaşteptate. În 1929, Hubble însuşi credea că valoarea trebuie să fie de aproximativ jumătate de milion de km pe oră la un milion de ani lumină - cam de zece ori mai mare decât ceea ce măsurăm acum.
Se pare că această dificultate de a face măsurători de precizie ale constantei Hubble se manifestă şi acum ca rezultat al măsurătorilor foarte precise care nu sunt de acord unele cu altele. Acum când măsurătorile cosmologice au devenit atât de precise încât valoarea constantei Hubble era de aşteptat să fie cunoscută o dată pentru totdeauna, s-a constatat că lucrurile nu au sens. În loc de unul, avem acum două rezultate.
Pe de o parte, avem noile măsurări foarte precise ale fundalului cosmic de microunde - după fluctuaţia Big Bang - făcute de satelitul european Planck, care a măsurat constanta Hubble ca fiind de aproximativ 74,300 km pe oră la un milion de ani lumină (sau folosind unităţile de măsură ale cosmologilor ca fiind 67,4 km/s /Mpc).
Pe de altă parte, avem noi măsurători ale oscilaţiilor pulsatoare stelare, de asemenea, extrem de precise, care au măsurat constanta Hubble ca fiind de 81.100 km pe oră pe milion de ani lumină (sau folosind unităţile cosmologice 73,4 km/s /Mpc). Acestea sunt mai aproape de noi în timp.
Ambele măsurători susţin că rezultatul lor este corect şi foarte precis. Incertitudinile măsurătorilor sunt de aproximativ 483 de km pe oră, la un milion de ani lumină, deci pare să existe o diferenţă semnificativă în mişcare. Cosmologii se referă la acest dezacord ca la "tensiunile" între cele două măsurători - ambele conducând rezultatele statistice în direcţii diferite.
Avem nevoie de o nouă fizică?
Deci, ce-o să facem? Poate fi faptul că modelul nostru cosmologic este greşit. Ceea ce se vede este că universul se extinde mai rapid în apropiere decât ne-am fi aşteptat pe baza unor măsurători mai îndepărtate. Măsurătorile cosmice cu microunde nu măsoară direct extinderea locală, ci mai degrabă deduce acest lucru printr-un model - modelul nostru cosmologic. Acest lucru a fost extrem de reuşit în prezicerea şi descrierea a numeroase date observate în univers.
Deci, dacă acest model ar putea fi greşit, până în prezent nimeni nu a propus un model simplu convingător care să poată explica acest lucru şi, în acelaşi timp, să explice tot ceea ce observăm noi. De exemplu, am putea încerca să explicăm acest lucru cu o nouă teorie a gravitaţiei, dar alte observaţii nu se potrivesc. Sau am putea încerca să o explicăm cu o nouă teorie a materiei sau a energiei, dar apoi nu se potrivesc alte observaţii - şi aşa mai departe. Deci, dacă tensiunea se datorează unei noi fizici, ea trebuie să fie complexă şi necunoscută.
O explicaţie mai puţin interesantă ar putea fi că există "lucruri necunoscute" în datele colectate cauzate de efecte sistematice şi că o analiză mai atentă poate dezvălui într-o zi un efect subtil care a fost trecut cu vederea. Sau ar putea fi doar o fluctuaţie statistică, care va dispărea atunci când se colectează mai multe date.
În prezent, nu este clar ce combinaţie a unei noi fizici, efecte sistematice sau date noi va rezolva această tensiune, dar ceva trebuie să se întâmple. Imaginea extinsă a unei brioşe în univers ar putea să nu mai funcţioneze, iar cosmologii se află într-o cursă contra cronometru pentru a explica acest rezultat. Dacă este necesară o nouă fizică pentru a explica aceste noi măsurători, atunci rezultatul va fi o schimbare spectaculoasă a imaginii noastre despre cosmos.
