Nova mjerenja upućuju na sporije širenje svemira u našoj blizini

Dugo se činilo da se svemir u našoj blizini širi brže nego što to pokazuju najstariji tragovi njegova nastanka, pa je razlika između tih mjerenja postala jedan od najvećih problema moderne kozmologije. Dvije nove analize susjednih galaktičkih skupina sada nude drukčiju sliku: lokalni svemir mogao bi se širiti sporije nego što se mislilo, i to dovoljno sporo da se približi vrijednosti dobivenoj iz ranog svemira. Ako se taj rezultat potvrdi, dio takozvane Hubbleove napetosti možda ne proizlazi iz nepoznate fizike, nego iz načina na koji tu stopu uopće mjerimo.

Iza dviju novih studija stoji međunarodni tim istraživača među kojima je i David Benisty iz Leibnizova instituta za astrofiziku u Potsdamu (AIP). U radovima objavljenima u časopisu Astronomy & Astrophysics analizirane su dvije obližnje galaktičke skupine, Centaurus A i M81, kako bi se što preciznije odredile njihove mase i vrijednost Hubbleove konstante. Riječ je o mjeri brzine širenja svemira, izraženoj u kilometrima u sekundi po megaparseku, pri čemu jedan megaparsek iznosi oko 3,3 milijuna svjetlosnih godina.

Iz ranog svemira, točnije iz kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, već je izvedena vrlo precizna vrijednost od 68 kilometara u sekundi po megaparseku. S druge strane, mjerenja u kasnijem, lokalnom svemiru, koja se oslanjaju na eksplozije zvijezda u galaksijama koje se udaljavaju, dugo su upućivala na vrijednost od 73. Upravo taj raskorak, koji se s godinama nije smanjivao nego se pretvorio u jedan od središnjih problema moderne kozmologije, danas otvara pitanje razumijemo li doista dobro svemir i temeljne zakone fizike.

Nova mjera iz susjedstva

Umjesto da brzinu širenja svemira mjere izravno, autori su posegnuli za drukčijim pristupom i pratili kako se galaksije u obližnjim skupinama gibaju unutar šireg kozmičkog toka. Na te sustave istodobno djeluju dvije suprotne sile: gravitacija ih nastoji zadržati na okupu, dok ih širenje svemira vuče prema van. Upravo se iz tog odnosa može istodobno procijeniti i ukupna masa skupine i vrijednost Hubbleove konstante. Rezultat je bio neočekivan. Za obje analizirane skupine dobivena je vrijednost od oko 64 kilometra u sekundi po megaparseku, što je niže i od procjene iz ranog svemira i od lokalne vrijednosti 73.

Takav pristup donio je i drukčiju sliku samih skupina. Skupina Centaurus A, jedna od najbližih izvan naše Lokalne skupine, dugo se promatrala kao sustav kojim dominira golema eliptična galaksija Centaurus A, okružena desecima manjih satelitskih galaksija. Nova analiza, međutim, pokazuje da njezino središte nije samo Centaurus A, nego binarni raspored koji zajedno tvore Centaurus A i galaksija M83. Time je iz te skupine prvi put izvedena vrijednost Hubbleove konstante za takvu konfiguraciju, uz precizniju procjenu njezine ukupne mase.

Ni skupina M81 nije se pokazala jednostavnom. U njezinu su središtu odavno poznate galaksije M81 i M82, a prošireni skup podataka potvrdio je da njihove pratilje i dalje tvore ravninsku strukturu kakva je i ranije bila uočena. No detaljnija analiza pokazala je da taj poredak nije posve usklađen na svim razinama. Unutarnje ravninsko područje, na udaljenostima manjim od milijun svjetlosnih godina, nagnuto je oko 34 stupnja u odnosu na šire okruženje. Već na udaljenosti od deset milijuna svjetlosnih godina njegova se orijentacija postupno zakreće i poravnava s većom plošnom strukturom koja se proteže sve do skupine Centaurus A.

Manje tamne tvari nego što se pretpostavljalo

Možda je najzanimljivije to što ove dvije skupine ne dijele samo sličan kozmički okoliš, nego i sličan raspored mase. Istraživači su zaključili da mase njihovih najsjajnijih galaksija gotovo u cijelosti čine ukupnu masu skupine te da se gibanja galaksija u njihovoj okolini mogu objasniti već kombinacijom međusobne gravitacije i kozmičkog širenja. To znači da, za razliku od simulacija u kojima su takve skupine gotovo uvijek uronjene u opći halo tamne tvari, opažanja ovih dviju skupina ne zahtijevaju dodatnu nevidljivu masu kako bi se objasnila uočena dinamika.

Istraživački tim sada planira istu metodu primijeniti na znatno veći dio svemira. Nova opažanja na većim udaljenostima, među njima i ona koja bi trebala pristizati s četverometarskog teleskopa 4MOST, mogla bi pokazati je li riječ o posebnosti našeg kozmičkog susjedstva ili o obrascu koji vrijedi i šire. Potvrdi li se ovaj pristup na većem uzorku, mogao bi ponuditi jasniji odgovor na Hubbleovu napetost i ujedno preciznije pokazati koliko tamne tvari doista ima u svemiru.