Najnoviji rezultati jedne međunarodne skupine astronoma doveli su u pitanje jedan od temeljnih alata moderne kozmologije. Studija ne osporava Veliki prasak, ne dovodi u sumnju širenje svemira niti traži odbacivanje Hubbleove relacije između crvenog pomaka i udaljenosti. Zaključak je mnogo uže prirode. Pokazuje da naš model Hubbleove konstante možda nije ispravan, što se uklapa u dugogodišnji problem poznat kao Hubbleova napetost. Upravo bi ova analiza mogla ponuditi izlaz iz tog nesklada, prenosi Universe Today.
Temelji kozmologije i mjerenje širenja svemira
Hubbleova konstanta opisuje brzinu širenja svemira, a njegova fizikalna osnova proizlazi iz metričkog opisa prostorvremena poznatog kao Friedmann–Lemaître–Robertson–Walkerov (FLRW) model. Godine 1929. Edwin Hubble, nadovezujući se na rad Henriette Leavitt i njezino određivanje udaljenosti pomoću promjenljivih zvijezda, pokazao je da galaksije izvan lokalne skupine imaju sve veće crvene pomake što su udaljenije. Odnos udaljenosti i crvenog pomaka bio je linearan, što je Hubbleu omogućilo uvođenje kozmološke konstante koja je danas poznata kao Hubbleova konstanta.
Dvadesetak godina ranije Albert Einstein je u opću teoriju relativnosti već ugradio vlastitu kozmološku konstantu kako bi svemir ostao statičan. Kako piše Universe Today, Hubbleovo otkriće natjeralo ga je da tu pretpostavku odbaci, no rješenja Aleksandra Friedmanna i Georgesa Lemaîtrea pokazala su da Einsteinove jednadžbe, uz kozmološku konstantu, mogu opisati svemir koji se širi iz početnog stanja nalik Velikom prasku.
Godine 1935. Howard Robertson i Arthur Walker dokazali su da je FLRW metrika jedino rješenje opće relativnosti koje omogućuje jedinstven opis homogeno rastućeg svemira. Na toj metrici počiva današnji standardni model kozmologije, ΛCDM, gdje Λ označava kozmološku konstantu.
Hubbleova konstanta H0 povezana je s kozmološkom konstantom Λ, ali nije ista stvar. Stopa širenja određena je omjerom tamne energije, udjelom tamne tvari i obične tvari te njihovom prostornom raspodjelom. Ukratko, gravitacija pokušava privući materiju, dok tamna energija ubrzava širenje, a odnos tih dvaju procesa određuje trenutačnu vrijednost H0.
Budući da je rani svemir bio gušći, očekivalo bi se da se stopa kozmološkog širenja tijekom vremena malo poveća. Zato je otkriće ubrzanog širenja bilo toliko važno jer je potvrdilo postojanje tamne energije. U modernoj literaturi zato se sve češće koristi naziv Hubbleov parametar.
Hubbleova napetost i tri velika mjerenja
Dug niz godina opažanja su podupirala ΛCDM model. No precizna mjerenja posljednjih desetak godina otkrila su znatan nesklad u vrijednostima Hubbleova parametra.
Postoje tri primarne metode: vrlo udaljene supernove tipa Ia, skala fluktuacija u kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju (CMB) i obrazac prostorne raspodjele galaksija poznat kao barionske akustičke oscilacije (BAO).
Supernove daju vrijednost H0 između 71 i 75 kilometara u sekundi po megaparseku. Analiza CMB-a daje 67 do 68, dok BAO mjerenja daju 66 do 69. Brojke bi se morale slagati, ali razlika je prevelika da bi bila slučajna. Dodatne metode, poput gravitacijske leće ili prirodnih astrofizičkih lasera (masera), također nisu dale jedinstveno rješenje.
Očekivalo se da će sve veća preciznost podataka s vremenom smanjiti neslaganje, no dogodilo se suprotno. Zato je nova studija izazvala toliku pozornost.
Uloga starosti galaksija i mogući izlaz iz napetosti
Autori nisu proveli potpunu rekalkulaciju svih metoda, ali su analizirali kako njihovi rezultati utječu na tri ključna mjerenja. Kada se uzme u obzir starost galaksija u kojima se supernove tipa Ia pojavljuju, dobivena vrijednost Hubbleova parametra pomiče se znatno bliže rezultatima CMB-a i BAO-a.
Tijekom dodatnog testa znanstvenici su usporedili samo supernove iz galaksija slične starosti bez obzira na njihov crveni pomak. Rezultat je bio još bolji. Korekcija koja uključuje starost galaktičkih domaćina čini se da uklanja velik dio Hubbleove napetosti.
Ipak, autori naglašavaju da je riječ o preliminarnom zaključku. Trenutačno je poznato oko tristo udaljenih galaksija koje istodobno imaju zabilježenu supernovu i spektar iz kojeg je moguće odrediti starost galaksije. Uzorak je malen i ne dopušta konačan zaključak, iako su nalazi uvjerljivi.
Dobra je vijest da će se situacija uskoro promijeniti. Kako Opservatorij Vera C. Rubin ove godine prelazi u redoviti znanstveni rad, moći ćemo određivati starost tisuća udaljenih galaksija. Nekoliko sljedećih godina bit će dovoljno da se potvrdi drži li novi model. Ako se pokaže ispravnim, trebat će napustiti ideju da je kozmološka konstanta jedini izvor tamne energije.
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.
Your blog is a testament to your expertise and dedication to your craft. I’m constantly impressed by the depth of your knowledge and the clarity of your explanations. Keep up the amazing work!
Excellent breakdown, I like it, nice article. I completely agree with the challenges you described. For our projects we started using Listandsell.us and experts for our service, Americas top classified growing site, well can i ask zou a question regarding zour article?