Novo, vrlo precizno mjerenje širenja svemira ponovno je pokazalo da suvremeni kozmološki model ima ozbiljan problem. Najnovija procjena Hubbleove konstante dodatno učvršćuje tzv. Hubbleovu napetost, nesuglasje između različitih metoda kojima se mjeri brzina širenja svemira danas.
Hubbleova konstanta opisuje koliko se brzo svemir trenutačno širi, odnosno kolikom se brzinom međusobno udaljuju galaksije za svaku jedinicu udaljenosti. Opće je prihvaćeno da se svemir širi sve brže, no način na koji se ta brzina mjeri može biti vrlo različit. Jedan pristup polazi od kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja (CMB), najranije svjetlosti koja se mogla slobodno širiti svemirom. Drugi se oslanja na mjerenje udaljenosti galaksija i brzine njihova prividnog udaljavanja.
Tijekom posljednjeg desetljeća obje su metode dosegnule iznimnu preciznost. Problem je u tome što dobivene vrijednosti nisu iste, a njihove nesigurnosti se ne preklapaju. U znanstvenim okvirima riječ je o stvarnoj neusklađenosti, a ne o sitnoj statističkoj razlici.
Gravitacijske leće i mjerenje vremenskih kašnjenja
Kako bi se utvrdilo gdje nastaje razlika, razvijeni su i dodatni, međusobno neovisni pristupi. Jedan od njih, tzv. time-delay cosmography (Vremenska kozmografija?), upravo je dao rezultat koji dodatno pojačava dojam da sadašnje vrijednosti jednostavno ne tvore usklađenu cjelinu.
Ovaj pristup temelji se na gravitacijskom lećenju, zakrivljenju prostorvremena koje stvaraju masivne galaksije. Ta zakrivljenost djeluje poput leće, pa svjetlost još udaljenijih objekata biva pojačana i povećana. Kada se izvor svjetlosti nalazi gotovo točno iza masivne galaksije u prvom planu, promatrač može vidjeti više slika istog izvora. Svaka od tih slika prati različit put kroz zakrivljeni prostorvrijeme, pa svjetlost ne stiže u isto vrijeme.
“Kad je izvor svjetlosti gotovo točno iza masivne galaksije u prvom planu (leće), promatrač može vidjeti više slika izvora. Te slike ne dolaze istodobno, jer su putanje svjetlosti različite. Mjerili smo “vremensko kašnjenje” između slika i iz toga zaključivali udaljenosti između nas, leće i izvora. Mjerenjem udaljenosti može se rekonstruirati povijest širenja svemira i na kraju odrediti Hubbleova konstanta”, pojasnio je suautor profesor Tommaso Treu sa Sveučilišta Kalifornija u Los Angelesu za IFLScience.
U tim višestrukim slikama skriva se niz finih podataka o stvarnoj geometriji svemira. Kako bi ih izvukao, tim se oslonio na neka od najnaprednijih teleskopa današnjice, uključujući svemirski teleskop James Webb (JWST), teleskope Keck i Very Large Telescope (VLT). Ti instrumenti omogućuju dovoljno oštre snimke i spektroskopske podatke da se precizno modelira masa leće i putanje svjetlosti.
Tri metode, tri vrijednosti za Hubbleovu konstantu
Mjerenja kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja koje je provela europska misija Planck daju vrijednost Hubbleove konstante od 67,4 kilometra u sekundi po megaparseku. Jedan megaparsek odgovara udaljenosti od oko 3,26 milijuna svjetlosnih godina. U praksi to znači da bi se dvije galaksije udaljene 1 megaparsek zbog širenja svemira prividno udaljavale brzinom od 67,4 kilometra u sekundi.
Tu vrijednost nedavno je potvrdio i drugi CMB opservatorij koji je radio oko 20 godina. No kada se umjesto ranog svemira promatraju “obične” galaksije u kasnijim fazama kozmičke povijesti, dobiva se drugačiji rezultat. Koristeći podatke teleskopa Hubble i JWST, istraživači su dobili vrijednost od 72,8 kilometara u sekundi po megaparseku. Nesigurnosti na oba mjerenja male su i ne preklapaju se, što znači da se, u strogo znanstvenom smislu, ne radi o istim rezultatima.
Nova vrijednost iznosi 71,6 kilometara u sekundi po megaparseku. Procijenjena nesigurnost na to mjerenje iznosi +3,9 i −3,3 kilometra u sekundi po megaparseku. Ta se vrijednost vrlo dobro slaže s metodom koja se temelji na galaksijama, ali ne i s vrijednostima dobivenima iz CMB-a. Preciznost ovoga pristupa trenutačno je nešto slabija od druge dvije metode, no tim već radi na njezinu poboljšanju.
“Tip podataka koji dobivamo Keckom, VLT-om i JWST-om ključan je, jer nam govori kako se zvijezde gibaju u galaksiji koja djeluje kao gravitacijska leća i time pomaže preciznije odrediti putanje svjetlosti. Zapravo, sljedeći tjedan imamo novo promatranje Keckom upravo s tom svrhom”, istaknuo je Treu za IFLScience.
Plan je prikupiti veći broj gravitacijskih leća s vrlo visokokvalitetnim podacima za svaku od njih. Veći uzorak omogućio bi smanjenje statističkih nesigurnosti i provjeru mogućih sustavnih pogrešaka u modeliranju mase galaksija koje djeluju kao leće te u rekonstrukciji strukture prostor-vremena duž putanje svjetlosti.
Što zapravo ne štima u kozmologiji
Rješavanje Hubbleove napetosti ključno je za razumijevanje stvarne prirode svemira. Jedna mogućnost jest da sve metode podcjenjuju vlastite nesigurnosti, pa su mjerenja zapravo usklađenija nego što sada izgleda. U tom bi scenariju glavni problem bio statističke i metodološke naravi.
Druga mogućnost mnogo je radikalnija: da je riječ o stvarnoj, dubokoj krizi u standardnom modelu kozmologije te da je u opisu svemira ugrađena neka temeljna pogreška. To bi moglo značiti da se svojstva tamne energije, tamne tvari ili čak samog prostorvremena razlikuju od onoga što trenutačno pretpostavlja ΛCDM model.
“Hubbleova napetost potencijalno je najvažnije otvoreno pitanje u kozmologiji danas i potrebno je više međusobno neovisnih mjerenja kako bi se sa sigurnošću utvrdilo je li riječ doista o novom fenomenu ili tek o pogrešci u mjerenju. Vremenska kozmografija potpuno je neovisna o svim ostalim metodama i zbog toga je osobito vrijedna”, zaključio je Treu za IFLScience.
Bez obzira na ishod, nova mjerenja gravitacijskim lećama prisiljavaju kozmologiju na precizno preispitivanje, bilo granica postojećih metoda, bilo samih temeljnih pretpostavki o tome kako se svemir širi i razvija.
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.
