Czy wszechświat rozszerza się szybciej, niż dotychczas sądzono?

Zespół astronomów korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkrył, że Wszechświat rozszerza się 5-9% szybciej, niż sądzono.

Według Adama Riessa, lidera grupy badawczej oraz laureata nagrody Nobla, odkrycie to może pomóc zrozumieć m.in. ciemną materię czy ciemną energię. Istnieje kilka wyjaśnień nadmiernej prędkości Wszechświata. Jedną z możliwości jest fakt, że ciemna energia, która, jak wiadomo, powoduje przyspieszanie ekspansji Wszechświata, może także powodować odpychanie się galaktyk od siebie z jeszcze większą, bądź rosnącą, intensywnością.

Inny pomysł naukowców jest taki, że kosmos we wczesnych etapach istnienia zawierał cząstkę, która poruszała się z prędkością światła. Tak szybkie cząstki zwane są “ciemnym promieniowaniem” i zalicza się do nich, znane już wcześniej, neutrina.

Wzrost tempa przyspieszenia ekspansji może również oznaczać, że ciemna materia posiada jakieś dziwne, nieznane cechy. Ciemna materia jest podstawą Wszechświata, na której galaktyki się budowały, aż do struktur wielkoskalowych, jakie obserwujemy dzisiaj. No i wreszcie fakt ten może być informacją, że teoria grawitacji Einsteina jest niekompletna. Zespół Riessa dokonał udoskonalenia metody obserwacyjnej poprzez rozwój innowacyjnych technik, które poprawiły dokładność pomiarów odległości do odległych galaktyk, której błąd to zaledwie 2,4%.

Pomiary te mają zasadnicze znaczenie w wykonywaniu bardziej precyzyjnych obliczeń tego, jak szybko rozszerzał się Wszechświat wraz z upływem czasu, czyli obliczenia stałej Hubble’a. Poprawiona wartość stałej Hubble’a wynosi 73,2 km na sekundę na megaparsek (1 megaparsek = 3,26 miliona lat świetlnych). Nowa wartość oznacza, że odległość pomiędzy obiektami kosmicznymi podwoi się w ciągu kolejnych 9,8 miliarda lat.

Ta subtelna kalibracja zawiera zagadkę, ponieważ niecałkowicie dopasowano przewidywane tempo ekspansji dla Wszechświata z jego trajektorią tuż po Wielkim Wybuchu. Pomiary promieniowania po Wielkim Wybuchu wykonane przez satelity NASA (WMAP) i ESA (Planck) dostarczyły prognozy dla stałej Hubble’a wynoszące odpowiednio 5% i 9%. Porównywanie tempa ekspansji Wszechświata oceniając dane z WMAP, Plancka i HST jest jak budowanie mostu. Na odległym brzegu znajdują się obserwacje kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła wczesnego Wszechświata. Na pobliskim brzegu są pomiary wykonywane przez astronomów za pomocą teleskopu Hubble’a. Oczekuje się, że pomiary i obserwacje się pokryją. Obecnie jednak tak nie jest i astronomowie chcą wiedzieć, dlaczego.

Obserwacje z Hubble’a zostały przeprowadzone przez zespół Supernovae H0 for the Equation of State (SH0ES), którego zadaniem jest ustalenie stałej Hubble’a z dokładnością, która pozwoli na lepsze zrozumienie zachowania się Wszechświata. Zespół Riessa dokonał ulepszeń poprawiając “drabinę” odległości kosmicznych, wykorzystywaną przez astronomów do wykonywania dokładnych pomiarów odległości do galaktyk bliskich i odległych od Ziemi. Zespół porównał te odległości z tempem rozszerzania się Wszechświata, poprzez pomiary światła od uciekających galaktyk. Użyli obu wartości do obliczenia stałej Hubble’a,

Jednymi z najbardziej niezawodnych kosmicznych mierników na krótkich dystansach są cefeidy, pulsujące gwiazdy zmienne. Astronomowie skalibrowali tę miarkę wykorzystując metodę paralaksy, tę samą, którą geodeci wykorzystują do pomiarów odległości na Ziemi. Wykorzystując Wide Field Camera 3 (WFC3) z Hubble’a astronomowie mogą dokonać znacznie dalszych pomiarów paralaksy niż było to możliwe dotychczas, aż na drugą stronę Drogi Mlecznej, do odległych cefeid.

Aby obliczyć dokładne odległości do pobliskich galaktyk, zespół szukał takich, które zawierają nie tylko cefeidy ale także inne wiarygodne mierniki, na przykład supernowe typu Ia. Do tej pory zespół Riessa zmierzył około 2.400 cefeid w 19 galaktykach, co stanowi największy wzorzec pomiarów spoza Drogi Mlecznej. Porównując jasność obserwowalną obu typów gwiazd w pobliskich galaktykach, astronomowie mogli dokładnie zmierzyć ich prawdziwą jasność, a co za tym idzie, dokładnie określić odległość do około 300 supernowych typu Ia znajdujących się w odległych galaktykach.

Zespół SH0ES nadal korzysta z teleskopu Hubble’a do pomiarów stałej Hubble’a, aby osiągnąć dokładność rzędu 1%. Aktualnie teleskopy, takie jak satelita Gaia, przyszły Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) czy obserwatorium podczerwone oraz Wide Field Infrared Space Telescope (WFIST), także mogę pomóc astronomom wykonać lepsze pomiary tempa ekspansji.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Hubblesite

Dodaj komentarz