Izkazalo se je, da je vesolje napačno

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Kozmologi se soočajo z resnim znanstvenim problemom, ki kaže na nepopolnost človeškega znanja o vesolju. Kompleksnost se nanaša na tako navidez nepomembno stvar, kot je stopnja širjenja vesolja. Dejstvo je, da različne metode kažejo različne pomene - in doslej nihče ne zna razložiti čudnega neskladja.

Kozmična skrivnost

Trenutno standardni kozmološki model "Lambda-CDM" (ΛCDM) najbolj natančno opisuje evolucijo in strukturo vesolja. Po tem modelu ima vesolje pozitivno kozmološko konstanto (lambda izraz), ki ni nič, kar povzroča pospešeno širjenje. Poleg tega ΛCDM pojasnjuje opaženo strukturo CMB (kozmično mikrovalovno ozadje), porazdelitev galaksij v vesolju, obilico vodika in drugih svetlobnih atomov ter samo stopnjo vakuumskega širjenja. Vendar pa lahko resno neskladje v stopnji širitve kaže na potrebo po koreniti spremembi modela.

Teoretična fizika Vivian Poulin iz francoskega nacionalnega centra za znanstvene raziskave in Laboratorija za vesolje in delce v Montpellieru trdi, da to pomeni naslednje: v mladem vesolju se je zgodilo nekaj pomembnega, o čemer še ne vemo. Morda je šlo za pojav, povezan z neznano vrsto temne energije ali novo vrsto subatomskih delcev. Če model to upošteva, bo neskladje izginilo.

Na robu krize

Eden od načinov za določitev stopnje širjenja vesolja je preučevanje mikrovalovnega ozadja - reliktnega sevanja, ki je nastalo 380 tisoč let po velikem poku. ΛCDM se lahko uporabi za izpeljavo Hubblove konstante z merjenjem velikih nihanj v CMB. Izkazalo se je, da je enako 67,4 kilometra na sekundo za vsak megaparsek ali približno tri milijone svetlobnih let (pri takšni hitrosti se predmeti med seboj razhajajo na ustrezni razdalji). V tem primeru je napaka le 0,5 kilometra na sekundo na megaparsec.

Če z drugo metodo dobimo približno enako vrednost, bo to potrdilo veljavnost standardnega kozmološkega modela. Znanstveniki so izmerili navidezno svetlost standardnih sveč - predmetov, katerih svetilnost je vedno znana. Takšni objekti so na primer supernove tipa Ia – bele pritlikavke, ki ne morejo več absorbirati snovi velikih spremljevalnih zvezd in eksplodirajo. Po navidezni svetlosti standardnih sveč lahko določite razdaljo do njih. Vzporedno lahko merite rdeči premik supernov, to je premik valovnih dolžin svetlobe v rdeče območje spektra. Večji kot je rdeči premik, večja je hitrost, s katero se predmet odstrani od opazovalca.

Tako je mogoče določiti hitrost širjenja vesolja, ki se v tem primeru izkaže za 74 kilometrov na sekundo za vsak megaparsek. To se ne ujema z vrednostmi, pridobljenimi iz ΛCDM. Vendar je malo verjetno, da bi napaka pri merjenju lahko pojasnila neskladje.

Po mnenju Davida Grossa z Inštituta za teoretično fiziko Kavli na kalifornijski univerzi v Santa Barbari v fiziki delcev takšnega neskladja ne bi imenovali problem, ampak kriza. Vendar se številni znanstveniki s to oceno niso strinjali. Situacijo je zapletla še ena metoda, ki prav tako temelji na preučevanju zgodnjega vesolja, in sicer barionska akustična nihanja - nihanja gostote vidne snovi, ki polni zgodnje Vesolje. Te vibracije povzročajo plazemski akustični valovi in so vedno znanih dimenzij, zaradi česar so videti kot standardne sveče. V kombinaciji z drugimi meritvami dajejo Hubblovo konstanto, ki je skladna z ΛCDM.

Nov model

Obstaja možnost, da so se znanstveniki zmotili pri uporabi supernov tipa Ia. Če želite določiti razdaljo do oddaljenega predmeta, morate zgraditi razdaljno lestev.

Prva stopnica te lestvice so Cefeide - spremenljive zvezde z natančnim razmerjem med obdobjem in svetilnostjo. Cefeide je mogoče uporabiti za določitev razdalje do najbližje supernove tipa Ia. V eni od študij so namesto cefeidov uporabili rdeče velikanke, ki v določeni fazi življenja dosežejo največjo svetlost – enaka je za vse rdeče velikanke.

Posledično se je Hubblova konstanta izkazala za 69,8 kilometra na sekundo na megaparsec. Krize ni, pravi Wendy Freedman z Univerze v Chicagu, ena od avtoric članka.

A tudi ta izjava je bila postavljena pod vprašaj. Sodelovanje H0LiCOW je izmerilo Hubblovo konstanto z uporabo gravitacijskega leča, učinek, ki se pojavi, ko masivno telo upogne žarke iz oddaljenega predmeta za seboj. Slednji bi lahko bili kvazarji - jedra aktivnih galaksij, ki jih napaja supermasivna črna luknja. Zaradi gravitacijskih leč se lahko naenkrat pojavi več slik enega kvazarja. Z merjenjem utripanja teh slik so znanstveniki izpeljali posodobljeno Hubblovo konstanto 73,3 kilometra na sekundo na megaparsec. Hkrati znanstveniki do zadnjega niso poznali možnega rezultata, kar izključuje možnost goljufije.

Rezultat merjenja Hubblove konstante iz naravnih maserjev, ki nastanejo, ko se plin vrti okoli črne luknje, se je izkazal za 74 kilometrov na sekundo na megaparsec. Druge metode so dale 76,5 in 73,6 kilometrov na sekundo na megaparsec. Težave se pojavljajo tudi pri merjenju porazdelitve snovi v vesolju, saj gravitacijsko lečje daje drugačno vrednost v primerjavi z meritvami mikrovalovnega ozadja.

Če se izkaže, da odstopanje ni posledica merilnih napak, bo potrebna nova teorija, ki bo pojasnila vse trenutno razpoložljive podatke. Ena možna rešitev je sprememba količine temne energije, ki povzroča pospešeno širjenje vesolja. Čeprav večina znanstvenikov podpira brez posodabljanja fizike, problem ostaja nerešen.