Postoji posebna vrsta melankolije kada se zatvara poglavlje koje je zaokupilo gotovo dva desetljeća nečijeg rada. Atacama Cosmology Telescope (ACT) sada službeno završava svoju misiju nakon gotovo 20 godina mjerenja neba. Istodobno, taj kraj funkcionira i kao početak: novi skup podataka otvara sasvim nove pravce za cijelu zajednicu kozmologa.
Suradnja ACT objavila je tri znanstvena rada u časopisu Journal of Cosmology and Astroparticle Physics u kojima detaljno opisuje i tumači šesto, ujedno i završno veliko objavljivanje podataka. Upravo bi taj paket mogao biti najvažniji do sada, jer donosi napredak u razumijevanju evolucije svemira i njegovog današnjeg stanja.
Iz novih analiza ACT-a proizlazi nekoliko ključnih zaključaka. Mjerenje Hubbleove konstante, koje se dobiva iz promatranja na vrlo velikim kozmološkim udaljenostima, potvrđeno je i ostaje značajno različito od vrijednosti koja se dobiva iz objekata u obližnjem svemiru. To je istodobno problem i otkriće: još jednom je potvrđena takozvana “Hubbleova napetost“, ozbiljan izazov standardnom modelu kojim opisujemo kozmos.
ACT ujedno svojim promatranjima odbacuje velik dio tzv. proširenih modela, teorijskih inačica standardnog kozmološkog modela koje su posljednjih godina predlagane kao moguća rješenja Hubbleove napetosti. Time se prostor mogućnosti sužava, što opet izgleda kao problem, ali je zapravo novi, čišći početak: vrijeme je da se prestane ulagati napor u scenarije koji više ne prolaze testove podataka.
Na kraju, ACT donosi nove karte polarizacije kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, “fosilne svjetlosti” svemira. Te karte nadopunjuju temperaturne mape europske misije Planck, ali uz znatno veću prostornu oštrinu. “Kad ih usporedimo, dojam je kao da ste očistili naočale”, opisuje Erminia Calabrese, kozmologinja sa Sveučilišta u Cardiffu, članica ACT suradnje i koordinatorica jednoga od triju novih radova.
“Ovo je prvi put da je neki novi eksperiment dosegnuo razinu promatračke preciznosti koju je imao Planck”, dodaje Thibaut Louis (Université Paris-Saclay i CNRS/IN2P3), glavni autor jednog od objavljenih radova.
Hubbleova konstanta pod još većim povećalom
Satelit Planck Europske svemirske agencije (ESA) lansiran je 2009. godine kako bi iznimno precizno izmjerio kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMB). Kozmolozi to zračenje često opisuju kao “fosilnu svjetlost” svemira, nastalu u najranijim fazama njegove povijesti. Na temelju karata koje je izradio Planck znanstvenici su mogli vrlo točno odrediti sastav, dob i geometriju ranog svemira.
Misija Planck bila je prekretnica u kozmologiji, ali je ostavila i niz otvorenih pitanja. Dio tog nedovršenog prikaza sada nadopunjava ACT. Za razliku od Plancka, satelita u orbiti, ACT je zemaljski teleskop smješten na oko 5 000 metara nadmorske visine u pustinji Atacama u Čileu. Dok je Planck bio usmjeren ponajprije na mjerenje temperature CMB-a, ACT se posebno istaknuo preciznim promatranjima njegove polarizacije, osobito u ovom završnom objavljivanju podataka.
Jedan od ključnih rezultata upravo je potvrda jednog od najvećih otvorenih problema moderne kozmologije: Hubbleove napetosti. Ukratko, znamo da se svemir širi i iz opažanja možemo procijeniti trenutačnu brzinu tog širenja. Problem je u tome što vrijednost izvedena iz podataka o vrlo ranom svemiru, poput CMB-a, ne odgovara vrijednosti dobivenoj iz promatranja mnogo bližih astronomskih objekata.
“Naši novi rezultati pokazuju da Hubbleova konstanta koju dobivamo iz ACT-ovih CMB podataka odgovara Planckovoj, i to ne samo na temelju temperature, nego i na temelju polarizacije. Time Hubbleova napetost postaje još robusnija”, objašnjava Colin Hill, kozmolog sa Sveučilišta Columbia i suautor jednog od radova.
“To može zvučati kao još veći problem, ali zapravo je ključan nalaz: sada znamo da zaista postoji problem s modelom kojim opisujemo svemir, pod pretpostavkom da se stopa širenja izmjerena na obližnjim objektima zaista ne mijenja”, dodaje Hill.
Prošireni modeli uglavnom ispadaju iz igre
Upravo zbog Hubbleove napetosti tijekom posljednjih desetljeća predložen je čitav niz proširenih inačica standardnog kozmološkog modela. U jednom od triju novih radova, čija je glavna autorica Erminia Calabrese, ti su vodeći prošireni scenariji prvi put sustavno provjereni na najnovijim ACT podacima.
“Ima ih otprilike tridesetak”, kaže Calabrese. “Rezultat je vrlo jasan. Nestali su.” Zatim dodaje: “Analizirali smo ih potpuno neovisno. Nije nam cilj bio oboriti ih, nego ih ozbiljno testirati. A zaključak je nedvosmislen: nova promatranja, na novim prostornim mjerilima i u polarizaciji, gotovo su u potpunosti uklonila prostor za ovakvu vrstu modela.”
Odbacivanje čitave skupine teorijskih rješenja možda na prvi pogled ne djeluje uzbudljivo, ali za teorijsku kozmologiju riječ je o važnom napretku. “Istina je da se naš teorijski manevarski prostor time malo smanjuje”, priznaje Calabrese. “Ali to je dobra vijest. To znači da čistimo teren, sužavamo skup mogućih putova naprijed i prestajemo trošiti energiju na scenarije koji očito ne funkcioniraju.”
Oštrije karte ranog svemira
Uz ovu završnu objavu podataka ACT donosi još oštriju sliku ranog svemira nego što je to uspio Planck. “Glavni razlog je što ACT ima veću optiku: promjer zrcala je šest metara, dok je Planck imao zrcalo promjera oko jedan i pol metar. Prostorna oštrina raste s veličinom zrcala”, objašnjava Sigurd Naess sa Sveučilišta u Oslu, jedan od vodećih autora rada.
Dodatna prednost ACT-a je što su njegove karte polariziranog svjetla znatno osjetljivije od Planckovih. Jedan od triju novih radova posvećen je predstavljanju te nove karte, dok se u drugom iz tih karata izvlače kutni spektri snage, ključan alat za kvantitativne kozmološke analize.
To ne znači da su rezultati misije Planck postali zastarjeli. Naprotiv, ističe Louis, “prava važnost novih podataka u tome je što nadopunjuju prijašnje i zajedno stvaraju izuzetno bogatu, složenu sliku.” Kombinacija satelitskih i drugih mjerenja pruža čvršći temelj za buduće modele svemira.
Šesto, završno objavljivanje podataka ACT-a stoga nije samo formalni kraj jedne misije, nego prije početak novog poglavlja koje bi nas moglo približiti odgovorima na neka od najupornijih pitanja o prirodi svemira.
“Želimo da zajednica nastavi koristiti i istraživati ove podatke”, naglašava Calabrese. “Mi smo ponudili prvo tumačenje, u čemu imamo veliko iskustvo nakon godina rada na ovom instrumentu. Sada s velikim zadovoljstvom predajemo podatke zajednici za buduća i tekuća istraživanja.” Radovi su dostupni ovdje, ovdje i ovdje.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
