Το τηλεσκόπιο James Webb επιβεβαιώνει ότι υπάρχει κάτι σοβαρό λάθος με την κατανόησή μας για το σύμπαν

 

Απεικόνιση της διαστολής του Σύμπαντος. (Πίστωση εικόνας: Mark Garlick/Science Photo Library μέσω Getty Images)

Ανάλογα με το πού κοιτάμε, το σύμπαν διαστέλλεται με διαφορετικούς ρυθμούς. Τώρα, οι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τα διαστημικά τηλεσκόπια James Webb και Hubble επιβεβαίωσαν ότι η παρατήρηση δεν οφείλεται σε σφάλμα μέτρησης.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν τα διαστημικά τηλεσκόπια James Webb και Hubble για να επιβεβαιώσουν ένα από τα πιο ανησυχητικά αινίγματα σε όλη τη φυσική - ότι το σύμπαν φαίνεται να διαστέλλεται με απίστευτα διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με το πού κοιτάμε.

Αυτό το πρόβλημα, γνωστό ως ένταση Hubble, έχει τη δυνατότητα να αλλάξει ή ακόμα και να ανατρέψει την κοσμολογία εντελώς. Το 2019, οι μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble επιβεβαίωσαν ότι το παζλ ήταν πραγματικό. το 2023, ακόμη πιο ακριβείς μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) επιβεβαίωσαν την απόκλιση.

Τώρα, ένας τριπλός έλεγχος και από τα δύο τηλεσκόπια που δουλεύουν μαζί φαίνεται να έχει αφήσει οριστικά την πιθανότητα οποιουδήποτε σφάλματος μέτρησης. Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στις 6 Φεβρουαρίου στο Astrophysical Journal Letters, υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει κάτι σοβαρό λάθος με την κατανόησή μας για το σύμπαν.

«Με τα λάθη μέτρησης να αναιρούνται, αυτό που μένει είναι η πραγματική και συναρπαστική πιθανότητα να έχουμε παρεξηγήσει το σύμπαν», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Adam Riess, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins.

Οι Reiss, Saul Perlmutter και Brian P. Schmidt κέρδισαν το Νόμπελ Φυσικής το 2011 για την ανακάλυψή τους το 1998 της σκοτεινής ενέργειας, της μυστηριώδους δύναμης πίσω από την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο μέθοδοι "χρυσού προτύπου" για τον υπολογισμό της σταθεράς Hubble, μια τιμή που περιγράφει τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Το πρώτο περιλαμβάνει την εξέταση μικροσκοπικών διακυμάνσεων στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB) — ένα αρχαίο λείψανο του πρώτου φωτός του σύμπαντος που παρήχθη μόλις 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Οι υπέρυθρες κάμερες του JWST του επιτρέπουν να κοιτάζει το σύμπαν με πιο ακριβή λεπτομέρεια από οποιοδήποτε τηλεσκόπιο πριν από αυτό. (Εικόνα: NASA, ESA, CSA, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria), B. Frye (Πανεπιστήμιο της Αριζόνα), P. Kamieneski (Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα), T. Carleton (Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα) και R Windhorst (Πανεπιστήμιο της Αριζόνα), A. Pagan (STScI), J. Summers (Arizona State University), J. D'Silva (Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας), A. Koekemoer (STScI), A. Robotham (Πανεπιστήμιο της Western Αυστραλία) και R. Windhorst (Πανεπιστήμιο της Αριζόνα))

 

Μεταξύ 2009 και 2013, οι αστρονόμοι χαρτογράφησαν αυτό το fuzz μικροκυμάτων χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας για να συμπεράνουν μια σταθερά Hubble περίπου 46.200 mph ανά εκατομμύριο έτη φωτός ή περίπου 67 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (km/s/Mpc).

Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιεί παλλόμενα αστέρια που ονομάζονται μεταβλητές Cepheid. Τα αστέρια των Κηφείδων πεθαίνουν και τα εξωτερικά τους στρώματα αερίου ηλίου μεγαλώνουν και συρρικνώνονται καθώς απορροφούν και απελευθερώνουν την ακτινοβολία του αστεριού, κάνοντάς τα να τρεμοπαίζουν περιοδικά σαν μακρινές λυχνίες σήματος.

Καθώς οι Κηφείδες γίνονται πιο φωτεινοί, πάλλονται πιο αργά, δίνοντας στους αστρονόμους ένα μέσο για να μετρήσουν την απόλυτη φωτεινότητά τους. Συγκρίνοντας αυτή τη φωτεινότητα με την παρατηρούμενη φωτεινότητά τους, οι αστρονόμοι μπορούν να αλυσοδύσουν τους Κηφείδες σε μια «σκάλα κοσμικής απόστασης» για να κοιτάξουν όλο και βαθύτερα στο παρελθόν του σύμπαντος. Με αυτή τη σκάλα στη θέση του, οι αστρονόμοι μπορούν να βρουν έναν ακριβή αριθμό για την επέκτασή της από το πώς το φως των Κηφείδων έχει τεντωθεί ή μετατοπιστεί στο κόκκινο.

Εδώ όμως αρχίζει το μυστήριο. Σύμφωνα με τις μεταβλητές μετρήσεις του Cepheid που έγιναν από τον Riess και τους συναδέλφους του, ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος είναι περίπου 74 km/s/Mpc: μια απίστευτα υψηλή τιμή σε σύγκριση με τις μετρήσεις του Planck. Η κοσμολογία είχε εκτοξευθεί σε αχαρτογράφητη περιοχή.

«Δεν θα το λέγαμε ένταση ή πρόβλημα, αλλά μάλλον κρίση», είπε ο Ντέιβιντ Γκρος, ένας βραβευμένος με Νόμπελ αστρονόμος, σε συνέδριο του 2019 στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Kavli (KITP) στην Καλιφόρνια.

Αρχικά, ορισμένοι επιστήμονες θεώρησαν ότι η διαφορά θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα ενός σφάλματος μέτρησης που προκλήθηκε από την ανάμειξη των Κηφείδων με άλλα αστέρια στο άνοιγμα του Hubble. Αλλά το 2023, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το πιο ακριβές JWST για να επιβεβαιώσουν ότι, για τα πρώτα λίγα "σκαλοπάτια" της κοσμικής σκάλας, οι μετρήσεις τους στο Hubble ήταν σωστές. Παρόλα αυτά, η πιθανότητα συνωστισμού πιο πίσω στο παρελθόν του σύμπαντος παρέμενε.

Για να λύσουν αυτό το ζήτημα, ο Riess και οι συνάδελφοί του βασίστηκαν στις προηγούμενες μετρήσεις τους, παρατηρώντας 1.000 ακόμη αστέρια Κηφειδών σε πέντε γαλαξίες ξενιστές τόσο απομακρυσμένους όσο 130 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Αφού συνέκριναν τα δεδομένα τους με αυτά του Hubble, οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν τις προηγούμενες μετρήσεις τους για τη σταθερά του Hubble.

"Έχουμε καλύψει τώρα όλο το εύρος όσων παρατήρησε το Hubble και μπορούμε να αποκλείσουμε ένα σφάλμα μέτρησης ως την αιτία της έντασης του Hubble με πολύ μεγάλη σιγουριά", είπε ο Riess. "Ο συνδυασμός Webb και Hubble μας δίνει το καλύτερο και των δύο κόσμων. Διαπιστώνουμε ότι οι μετρήσεις του Hubble παραμένουν αξιόπιστες καθώς σκαρφαλώνουμε μακρύτερα κατά μήκος της κλίμακας της κοσμικής απόστασης."

Με άλλα λόγια: η ένταση στην καρδιά της κοσμολογίας ήρθε για να μείνει.

Από το Live Science