Već više od dva desetljeća standardni model kozmologije predstavlja temelj našeg razumijevanja svemira. Ovaj pouzdan okvir omogućio je objašnjenje nastanka galaksija, širenja svemira, pa čak i nevidljivih sila poput tamne tvari i tamne energije. Međutim, kako objašnjava Ian G. McCarthy, docent astrofizike na Sveučilištu Liverpool John Moores, nedavna otkrića dovode ovu teoriju u pitanje. Je li svemir ‘glađi‘ nego što smo mislili, i znači li to da smo pogriješili u načinu na koji svemir funkcionira?
Neočekivani preokret: Ravnomjerniji i glađi svemir
Kada znanstvenici promatraju veliku strukturu svemira, zapravo mapiraju raspodjelu materije—odnosno kako su galaksije i drugi kozmički objekti raspoređeni u prostoru. Godinama su ta opažanja usklađivala s predviđanjima standardnog modela. No, nova i preciznija mjerenja donose drugačiju sliku: svemir izgleda manje “grudvast” i glađe raspodijeljen nego što standardni model predlaže.
Ova razlika može se činiti kao sitna anomalija, no u svijetu kozmologije, čak i male neusklađenosti mogu signalizirati potrebu za preispitivanjem nekih od temeljnih aspekata našeg razumijevanja, objašnjava McCarthy. Ako je svemir zaista glađi nego što smo očekivali, to bi moglo imati dalekosežne posljedice na naše spoznaje o tamnoj tvari, tamnoj energiji, pa čak i o gravitaciji.
Model pod povećalom
Standardni model kozmologije do sada je uspješno objasnio ponašanje svemira i na velikim i na malim skalama. Pomogao je znanstvenicima u razumijevanju kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja (CMB), kao i ubrzanog širenja svemira.
Međutim, nedavna otkrića koja sugeriraju glađu raspodjelu materije—što znači da je materija manje grupirana nego što model predviđa—ostavila su istraživače u potrazi za objašnjenjima. Jesu li mjerenja pogrešna? Ili smo možda pred velikim preokretom u razumijevanju svemira?
Neki znanstvenici vjeruju da bi ova otkrića mogla ukazivati na postojanje nove sile prirode, ili na to da tamna energija, tajanstvena sila koja pokreće širenje svemira, možda ne djeluje onako kako smo mislili. Drugi pak smatraju da Einsteinova teorija gravitacije možda zahtijeva prilagodbu na najvećim razinama. Posljedice su duboke, a odgovori još daleki, piše McCarthy.
Pogled u prošlost
Kako bismo razumjeli zašto je ova glatkoća toliko zbunjujuća, potrebno je vratiti se u prošlost—konkretno u prvih nekoliko stotina tisuća godina nakon Velikog praska. Tijekom tog razdoblja svemir je bio nevjerojatno vruć i gust. Kako se širio i hladio, oslobođeno je slabo zračenje poznato kao kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMB), pružajući nam “fotografiju” svemira u njegovom početku.
CMB je bio izvor bogatih informacija koje su kozmolozima pomogle u mapiranju strukture ranog svemira i ponudile ključne podatke o tome kako su se galaksije i zvijezde kasnije formirale. Ali ovdje nastaje problem: CMB nam pokazuje da je rani svemir bio izuzetno gladak i ravnomjeran, s tek malim fluktuacijama u temperaturi i gustoći. Te su male varijacije bile presudne za nastanak galaksija, zvijezda i, u konačnici, života kakvog poznajemo.
Međutim, prema standardnom modelu, te bi fluktuacije trebale dovesti do znatno ‘zbijenijeg‘ svemira nego što današnja opažanja pokazuju. Pa što se promijenilo?
“S8 napetost”: Kozmička neslaganja
Razlika između očekivane i promatrane raspodjele materije poznata je kao “S8 napetost“. Ovaj se izraz odnosi na specifični parametar koji mjeri koliko je materija raspodijeljena u svemiru danas. Iako standardni model predviđa određeni stupanj koncentracije materije, nedavni podaci iz naprednih istraživanja poput Dark Energy Survey i Kilo Degree Survey pokazuju da je materija manje zbijena nego što se očekivalo.
Ova napetost nije samo manji izazov, objašnjava McCarthy. Ako se ta otkrića pokažu točnima, mogla bi prisiliti kozmologe da preispitaju ključne aspekte standardnog modela. Neki istraživači čak sugeriraju da tamna tvar, nevidljiva tvar koja čini oko 85% materije svemira, možda međusobno djeluje na načine koje još uvijek ne razumijemo.
Jesmo li na rubu novih otkrića?
Ako glatkoća svemira ukazuje na nedostatak u standardnom modelu, posljedice za fundamentalnu fiziku bile bi ogromne. Na primjer, naše razumijevanje gravitacije, jedne od osnovnih sila svemira, moglo bi zahtijevati reviziju. Alternativno, tamna energija, za koju se dugo vjerovalo da je stalna, mogla bi se mijenjati kroz vrijeme.
Drugi odvažni prijedlozi sugeriraju da bismo mogli svjedočiti učincima potpuno nove sile prirode—nečega izvan četiri poznate sile gravitacije, elektromagnetizma te jakih i slabih nuklearnih sila. Ova potencijalna “peta sila” mogla bi biti odgovorna za promjene u razvoju strukture svemira na velikim razinama.
Naravno, prije donošenja velikih zaključaka, znanstvenici moraju biti sigurni da su ta mjerenja točna i da nisu rezultat neke statističke greške. Trenutno postoji mala vjerojatnost—oko 0,3%—da je uočena napetost samo slučajnost. No, taj je postotak premalen za udobnost, a istraživači su željni prikupiti preciznije podatke.
Budućnost kozmologije
Srećom, sljedećih nekoliko godina donijet će obilje novih podataka koji bi mogli potvrditi ili osporiti ove teorije. Nadolazeća istraživanja uz pomoć vrhunskih instrumenata, poput Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), Vera C. Rubin Opservatorija i satelita Euclid, omogućit će znatno detaljnije mape strukture svemira. Ovi projekti pomoći će znanstvenicima da testiraju alternativna objašnjenja i možda konačno razriješe raspravu o valjanosti standardnog modela.
Bilo da standardni kozmološki model bude oboren ili samo prilagođen, jedno je sigurno: živimo u iznimno uzbudljivom razdoblju za kozmologiju. Svemir još uvijek skriva bezbrojne misterije, a sa svakim novim otkrićem približavamo se dubljem razumijevanju njegovih najvećih tajni.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
