U svemiru udaljenom milijardama godina, svjetlost dalekih supernova otkriva neočekivane tragove. Preciznim mjerenjima i pažljivim standardiziranjem tih podataka, znanstvenici sada uočavaju prve moguće znakove da tamna energija — sila odgovorna za ubrzano širenje svemira — možda nije toliko stabilna koliko se dosad mislilo.
Skupina fizičara iz međunarodnog projekta Supernova Cosmology Project objavila je dosad najopsežniji standardizirani katalog supernova tipa Ia — eksplozija bijelih patuljaka koje znanstvenici koriste kao “standardne svijeće” za mjerenje udaljenosti u svemiru. Novi katalog, nazvan Union3, objedinjuje 2.087 supernova iz 24 odvojena istraživačka skupa podataka.
U članku objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal, autori navode da analiza ovog skupa podataka pokazuje indikacije da tamna energija možda varira kroz vrijeme — što bi bilo u suprotnosti s dosadašnjim modelom prema kojem je njezin intenzitet konstantan.
Premda je statistička pouzdanost još uvijek nedovoljna za čvrste zaključke, neovisne analize koje koristi instrument DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), kao i dodatni podaci iz projekta Dark Energy Survey, ukazuju na isti smjer.
Dvije metode, isti nagovještaj
Fizičari su posebno zainteresirani jer dvije potpuno različite metode — mjerenje supernova i spektralna analiza galaksija pomoću BAO efekta (barionske akustične oscilacije) — ukazuju na moguću slabost standardnog Lambda-CDM modela, koji pretpostavlja konstantnu tamnu energiju.
“Nitko još ne skače od uzbuđenja jer znamo da sve to može nestati s boljim podacima,” rekao je Saul Perlmutter, suautor studije, dobitnik Nobelove nagrade 2011. i istraživač na Berkeley Labu. “Ali činjenica da dvije neovisne metode daju slične rezultate znači da smo konačno dosegnuli razinu preciznosti u kojoj se teorije počinju razlikovati.”
Ako tamna energija slabi, što to znači?
U standardnom modelu svemira, Lambda predstavlja tamnu energiju koja djeluje suprotno gravitaciji i čini oko 70% ukupnog sadržaja svemira. CDM označava hladnu tamnu tvar koja gravitacijski privlači. Ako tamna energija uistinu slabi, to bi značilo da bi širenje svemira moglo usporiti, pa čak i zaustaviti.
“Tamna energija određuje sudbinu svemira. Ako je promjenjiva, sve se mijenja,” rekao je David Rubin, glavni autor rada i profesor na Sveučilištu Havaji u Mānoi. “Svemir se možda širi zauvijek. A možda počne kolabirati. To ovisi o ravnoteži između tamne energije i tvari — i zato moramo shvatiti kako se ta sila ponaša.”
Kako supernove mjere širenje svemira
Supernove tipa Ia ponašaju se predvidljivo: dostižu karakterističnu maksimalnu svjetlinu, zbog čega ih astronomi koriste kao mjerne jedinice udaljenosti. Kombinacijom izmjerene svjetline i crvenog pomaka (redshifta), moguće je rekonstruirati povijest širenja svemira.
Union3 omogućuje istraživačima da zavire do 7 milijardi godina unatrag. Za to je bilo potrebno analizirati i kalibrirati svjetlosne krivulje tisuća supernova — karakterističan obrazac pojačanja i slabljenja svjetlosti nakon eksplozije — kako bi se sve podatke dovelo na jedinstvenu skalu.
Nova statistika, nova preciznost
Uvođenjem naprednog statističkog pristupa temeljenog na Bayesovom hijerarhijskom modelu, znanstvenici su prvi put mogli uzeti u obzir nesigurnosti koje ranije metode nisu mogle dovoljno precizno obuhvatiti.
Primjerice, ako se filtri na teleskopima s vremenom promijene, količina svjetla koju propuštaju može se promijeniti — što izravno utječe na mjerenja. Nova metoda uključuje i takve nesigurnosti, čime se znatno poboljšava ukupna pouzdanost analize.
“Konačno razumijemo kalibraciju tih supernova na razini koju dosad nitko nije postigao,” izjavio je Greg Aldering, suautor rada i fizičar iz Berkeley Laba. “To nam omogućuje da uključimo i stotine novih supernova koje dolaze.”
Tisuće novih supernova na vidiku
U sljedećih godinu dana znanstvenici planiraju proširiti Union3 s još tri nova skupa podataka: jednim s bliskim supernovama i dvama s udaljenijim. To će dodatno učvrstiti temelje za buduće analize.
Ali prava lavina podataka tek dolazi. Nacionalni opservatorij Vera C. Rubin i NASA-in teleskop Nancy Grace Roman tijekom idućeg desetljeća trebali bi otkriti desetke tisuća novih supernova. Nova analitička platforma već je pripremljena za njihovu integraciju.
Sinergija pod istim krovom
U sjedištu Lawrence Berkeley National Laboratory u Kaliforniji, istraživači koji se bave supernovama i oni koji proučavaju BAO učinke nalaze se — doslovno — u susjednim uredima. Ta blizina omogućila je suradnju i razmjenu znanja koja danas rezultira objedinjavanjem rezultata dviju metoda u jedinstveni pogled na evoluciju tamne energije.
Berkeley Lab je i dom DESI kolaboracije, koja okuplja 70 institucija i prednjači u proučavanju svemira kroz barionske oscilacije. U isto vrijeme, laboratorij je bio ključan za otkriće ubrzanog širenja svemira pomoću supernova krajem 1990-ih.
“Ove dvije metode sada su dovoljno precizne da konačno možemo uspoređivati modele tamne energije,” rekao je Perlmutter. “Na taj trenutak čekamo već više od dva desetljeća.”
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.
