Pokazalo se da je svemir pogriješio

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Kozmolozi su suočeni s ozbiljnim znanstvenim problemom, koji ukazuje na nesavršenost ljudskog znanja o Svemiru. Složenost se tiče tako naizgled trivijalne stvari kao što je brzina širenja Svemira. Činjenica je da različite metode upućuju na različita značenja – i zasad nitko ne može objasniti čudno odstupanje.

Kozmička misterija

Trenutno standardni kozmološki model "Lambda-CDM" (ΛCDM) najtočnije opisuje evoluciju i strukturu svemira. Prema ovom modelu, svemir ima pozitivnu kozmološku konstantu različitu od nule (lambda termin) koja uzrokuje ubrzano širenje. Osim toga, ΛCDM objašnjava promatranu strukturu CMB-a (kozmička mikrovalna pozadina), raspodjelu galaksija u Svemiru, obilje vodika i drugih svjetlosnih atoma te samu brzinu širenja vakuuma. Međutim, ozbiljna razlika u stopi širenja može ukazivati na potrebu radikalne promjene modela.

Teorijska fizičarka Vivian Poulin iz Francuskog Nacionalnog centra za znanstvena istraživanja i Laboratorija za svemir i čestice u Montpellieru tvrdi da to znači sljedeće: u mladom svemiru se dogodilo nešto važno za što 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 rubu krize

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

Ako dobijemo otprilike istu vrijednost drugom metodom, to će potvrditi valjanost standardnog kozmološkog modela. Znanstvenici su izmjerili prividnu svjetlinu standardnih svijeća – objekata čija je svjetlina uvijek poznata. Takvi su objekti, 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 duljina svjetlosti u crveno područje spektra. Što je veći crveni pomak, to je veća brzina kojom se objekt uklanja od promatrača.

Tako postaje moguće odrediti brzinu širenja Svemira, koja se u ovom slučaju ispostavi da je jednaka 74 kilometra u sekundi za svaki megaparsek. Ovo ne odgovara vrijednostima dobivenim iz ΛCDM. Međutim, malo je vjerojatno da pogreška mjerenja može objasniti neslaganje.

Prema Davidu Grossu s Kavli instituta za teorijsku fiziku na Sveučilištu Kalifornija, Santa Barbara, u fizici čestica takvo odstupanje ne bi se nazvalo problemom, već krizom. Međutim, brojni se znanstvenici nisu složili s ovom ocjenom. Situaciju je zakomplicirala još jedna metoda, koja se također temelji na proučavanju ranog svemira, a to su barionske akustične oscilacije - oscilacije gustoće vidljive tvari koja ispunjava rani Svemir. Te su vibracije uzrokovane akustičnim valovima plazme i uvijek su poznatih dimenzija, zbog čega izgledaju kao standardne svijeće. U kombinaciji s drugim mjerenjima, oni daju Hubbleovu konstantu u skladu s ΛCDM.

Novi model

Postoji mogućnost da su znanstvenici pogriješili kada su koristili supernove tipa Ia. Da biste odredili udaljenost do udaljenog objekta, morate izgraditi ljestve za udaljenost.

Prva stepenica ove ljestvice su Cefeide - promjenjive zvijezde s preciznim odnosom period-svjetlost. 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 postižu maksimalan sjaj – isti je za sve crvene divove.

Kao rezultat toga, ispostavilo se da je Hubbleova konstanta iznosila 69,8 kilometara u sekundi po megaparsecu. Nema krize, kaže Wendy Freedman sa Sveučilišta u Chicagu, jedna od autorica rada.

No i ova je izjava dovedena u pitanje. Suradnja H0LiCOW izmjerila je Hubbleovu konstantu pomoću gravitacijske leće, efekta koji se javlja kada masivno tijelo savija zrake udaljenog objekta iza sebe. Potonji bi mogli biti kvazari - jezgre aktivnih galaksija koje hrani supermasivna crna rupa. Zbog gravitacijskih leća može se pojaviti nekoliko slika jednog kvazara odjednom. Mjereći treperenje ovih slika, znanstvenici su izveli ažuriranu Hubbleovu konstantu od 73,3 kilometra u sekundi po megaparseku. Istodobno, znanstvenici do posljednjeg nisu znali mogući rezultat, što isključuje mogućnost prijevare.

Rezultat mjerenja Hubbleove konstante iz prirodnih masera nastalih kada plin rotira oko crne rupe pokazao se na 74 kilometra u sekundi po megaparsecu. Druge metode dale su 76,5 i 73,6 kilometara u sekundi po megaparsecu. Problemi se javljaju i kod mjerenja raspodjele materije u Svemiru, budući da gravitacijsko leće daje drugačiju vrijednost u odnosu na mjerenje mikrovalne pozadine.

Ako se pokaže da odstupanje nije posljedica mjernih pogrešaka, 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 znanstvenika za to da se radi bez ažuriranja fizike, problem ostaje neriješen.