Ispostavilo se da je svemir pogrešio

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Kosmolozi su suočeni sa ozbiljnim naučnim problemom, koji ukazuje na nesavršenost ljudskog znanja o Univerzumu. Složenost se tiče tako naizgled trivijalne stvari kao što je brzina širenja Univerzuma. Činjenica je da različite metode ukazuju na različita značenja - i do sada niko ne može objasniti čudno neslaganje.

Cosmic Mystery

Trenutno standardni kosmološki model "Lambda-CDM" (ΛCDM) najpreciznije opisuje evoluciju i strukturu svemira. Prema ovom modelu, svemir ima pozitivnu kosmološku konstantu različitu od nule (lambda termin) koja uzrokuje ubrzano širenje. Osim toga, ΛCDM objašnjava promatranu strukturu CMB-a (kosmička mikrovalna pozadina), distribuciju galaksija u svemiru, obilje vodonika i drugih svjetlosnih atoma, i samu brzinu širenja vakuuma. Međutim, ozbiljna razlika u stopi ekspanzije može ukazivati na potrebu radikalne promjene modela.

Teorijska fizičarka Vivian Poulin iz Francuskog Nacionalnog centra za naučna istraživanja i Laboratorije za univerzum i čestice u Montpellieru tvrdi da to znači sljedeće: u mladom svemiru se dogodilo nešto važno o čemu još ne znamo. Možda je to bio fenomen povezan s nepoznatom vrstom tamne energije ili novom vrstom subatomskih čestica. Ako model to uzme u obzir, neslaganje će nestati.

Na ivici krize

Jedan od načina za određivanje brzine širenja Univerzuma je proučavanje mikrovalne pozadine - reliktnog zračenja koje je nastalo 380 hiljada godina nakon Velikog praska. ΛCDM se može koristiti za izvođenje Hubble konstante mjerenjem velikih fluktuacija u CMB. Ispostavilo se da je to jednako 67,4 kilometra u sekundi za svaki megaparsek, odnosno oko tri miliona svjetlosnih godina (pri takvoj brzini objekti se međusobno razilaze na odgovarajućoj udaljenosti). U ovom slučaju, greška je samo 0,5 kilometara u sekundi po megaparsecu.

Ako dobijemo približno istu vrijednost koristeći drugu metodu, to će potvrditi valjanost standardnog kosmološkog modela. Naučnici su izmjerili prividnu svjetlost standardnih svijeća - objekata čija je svjetlost uvijek poznata. Takvi objekti su, na primjer, supernove tipa Ia - bijeli patuljci koji više ne mogu apsorbirati materiju velikih zvijezda pratilaca i eksplodirati. Po prividnoj svjetlini standardnih svijeća možete odrediti udaljenost do njih. Paralelno, možete mjeriti crveni pomak supernove, odnosno pomak valnih dužina svjetlosti u crvenu regiju spektra. Što je veći crveni pomak, to je veća brzina kojom se objekt udaljava od posmatrača.

Tako postaje moguće odrediti brzinu širenja svemira, koja se u ovom slučaju ispostavi da je jednaka 74 kilometra u sekundi za svaki megaparsek. Ovo se ne poklapa sa vrijednostima dobivenim iz ΛCDM. Međutim, malo je vjerovatno da greška mjerenja može objasniti neslaganje.

Prema Davidu Grossu sa Kavli instituta za teorijsku fiziku na Univerzitetu Kalifornije u Santa Barbari, u fizici čestica, takvo odstupanje ne bi se nazvalo problemom, već krizom. Međutim, određeni broj naučnika se nije složio sa ovom procjenom. Situaciju je zakomplikovala još jedna metoda, koja se takođe zasniva na proučavanju ranog Univerzuma, a to su barionske akustične oscilacije - oscilacije u gustini vidljive materije koja ispunjava rani Univerzum. Ove vibracije su uzrokovane plazma akustičnim valovima i uvijek su poznatih dimenzija, zbog čega izgledaju kao standardne svijeće. U kombinaciji s drugim mjerenjima, oni daju Hubble konstantu u skladu s ΛCDM.

Novi model

Postoji mogućnost da su naučnici napravili grešku kada su koristili supernove tipa Ia. Da biste odredili udaljenost do udaljenog objekta, morate napraviti ljestve za udaljenost.

Prva stepenica ove lestvice su Cefeide - promenljive zvezde sa preciznim odnosom period-svetlost. Cefeide se mogu koristiti za određivanje udaljenosti do najbliže supernove tipa Ia. U jednoj od studija umjesto cefeida korišteni su crveni divovi, koji u određenoj fazi života dostižu maksimalan sjaj - isti je za sve crvene divove.

Kao rezultat toga, ispostavilo se da je Hubble konstanta iznosila 69,8 kilometara u sekundi po megaparsecu. Nema krize, kaže Wendy Freedman sa Univerziteta u Čikagu, jedan od autora rada.

Ali i ova izjava je dovedena u pitanje. Saradnja H0LiCOW izmjerila je Hubble konstantu pomoću gravitacionog sočiva, efekta koji se javlja kada masivno tijelo savija zrake udaljenog objekta iza sebe. Potonji bi mogli biti kvazari - jezgra aktivnih galaksija koje hrani supermasivna crna rupa. Zbog gravitacionih sočiva može se pojaviti nekoliko slika jednog kvazara odjednom. Mjereći treperenje ovih slika, naučnici su izveli ažuriranu Hablovu konstantu od 73,3 kilometra u sekundi po megaparsecu. Istovremeno, naučnici do posljednjeg nisu znali za mogući rezultat, što isključuje mogućnost prijevare.

Rezultat mjerenja Hubble konstante iz prirodnih masera nastalih kada plin rotira oko crne rupe pokazao se 74 kilometra u sekundi po megaparsecu. Druge metode su davale 76,5 i 73,6 kilometara u sekundi po megaparsecu. Problemi se javljaju i u mjerenju distribucije materije u svemiru, jer gravitacijsko sočivo daje drugačiju vrijednost u odnosu na mjerenje mikrotalasne pozadine.

Ako se ispostavi da neslaganje nije posljedica grešaka u mjerenju, tada će biti potrebna nova teorija koja će objasniti sve podatke koji su trenutno dostupni. Jedno od mogućih rješenja je promjena količine tamne energije koja uzrokuje ubrzano širenje svemira. Iako je većina naučnika za to da se radi bez ažuriranja fizike, problem ostaje neriješen.