Midagi pole universumis päris korras. Vähemalt selle põhjal, mida füüsikud seni teavad. Tähed, galaktikad, mustad augud ja kõik muud taevaobjektid satuvad aja jooksul üksteisest üha kiiremini eemale. Varasemad mõõtmised universumi meie lähinaabruses leidsid, et universum plahvatab väljapoole kiiremini kui alguses. See ei tohiks nii olla, tuginedes teadlaste parimal universumi kirjeldusele.
Kui nende Hubble'i konstantsina tuntud väärtuse mõõtmised on õiged, tähendab see, et praegusel mudelil puudub oluline uus füüsika, näiteks põhiosakeste arvestamata jätmine või midagi imelikku, mis toimub salapärase ainega, mida tuntakse tumeda energiana.
Nüüd, 22. jaanuaril ajakirjas Kuu ajakirjad kuningliku astronoomiaühingu avaldatud uues uuringus on teadlased mõõtnud Hubble'i konstanti täiesti uuel viisil, kinnitades, et tegelikult laieneb universum praegu kiiremini kui ta oli esimestel päevadel.
"Midagi huvitavat toimub"
Selgitamaks, kuidas universum liikus pisikesest, kuumast, tihedast supilisest plasmakoldest tohutu avaruseni, mida täna näeme, on teadlased pakkunud välja nn Lambda külma tumeda materjali (LCDM) mudeli. Mudel seab piiranguid tumeda aine omadustele, mis on mingi aine, mis tõmbab gravitatsiooni, kuid ei eralda valgust ja tumedat energiat, mis näib olevat gravitatsioonile vastu. LCDM suudab edukalt reprodutseerida galaktikate struktuuri ja kosmilise mikrolaine tausta - universumi esimest valgust -, aga ka vesiniku ja heeliumi kogust universumis. Kuid see ei saa selgitada, miks universum laieneb praegu kiiremini kui varakult.
See tähendab, et kas LCDM-mudel on vale või laienemiskiiruse mõõtmised on.
Uue meetodi eesmärk on laienemismäära üle peetav arutelu lõplikult lahendada, ütles Live Scienceile Los Angelese California ülikooli teadlane ja uue uuringu juhtiv autor Simon Birrer. Siiani kinnitavad lahknevused uued sõltumatud mõõtmised, mis viitavad uue füüsika vajalikkusele.
Hubble'i konstandi naelutamiseks olid teadlased varem kasutanud mitmeid erinevaid meetodeid. Mõned kasutasid kohalikus universumis (universumi lähedal asuvas osas) supernoovasid ja teised on tuginenud kefeididele ehk tähtede tüüpidele, mis pulseerivad ja regulaarselt helendavad. Veel teised on uurinud kosmilist taustkiirgust.
Uues uurimistöös kasutati tehnikat, mis hõlmab kvaasarite - eriti heledate galaktikate, mida toidavad massiivsed mustad augud - valgust, et katkestada lips.
"Ükskõik kui ettevaatlik eksperiment ka pole, võib alati olla mingi efekt, mis on sisse ehitatud sellistesse tööriistadesse, mida nad selle mõõtmise jaoks kasutavad. Nii et kui grupp tuleb niimoodi ja kasutab hoopis teistsugust tööriistakomplekti ... ja saab sama vastuse, siis saate üsna kiiresti järeldada, et see vastus ei ole tehnikate tõsise mõju tagajärg, "ütles Adam Riess, Nobeli preemia laureaat ja kosmoseteleskoobi teadusinstituudi ning Johns Hopkinsi ülikooli teadur. "Arvan, et meie enesekindlus kasvab, et toimub midagi tõeliselt huvitavat," rääkis Riess, kes uuringuga ei tegelenud, Live Science'ile.
Nähes topelt
Siit saate teada, kuidas see tehnika töötas: Kui kvaasarist väljuv valgus läbib sekkuvat galaktikat, põhjustab galaktikast tulev gravitatsioon selle valguse "gravitatsiooniliselt paindumist" enne Maale jõudmist. Galaktika käitus nagu lääts, moonutades kvasari valgust mitmeks koopiaks - tavaliselt kaheks või neljaks sõltuvalt kvasarite joonest galaktika suhtes. Kõik need eksemplarid läbisid galaktika ümber pisut erineva tee.
Kvaarid ei sära tavaliselt ühtlaselt nagu paljud tähed. Nende keskmistesse mustadesse aukudesse sattuva materjali tõttu muutuvad nende heledus tundide skaalal miljoniteks aastateks. Seega, kui kvaasari kujutist hajutatakse mitme koopiana ebavõrdse valgustrajektooriga, põhjustab kvasari heleduse mis tahes muutus koopiate vahel väikese virvenduse, kuna teatud koopiate valgus võtab Maa jõudmiseks pikema puudutuse.
Selle lahknevuse põhjal said teadlased täpselt kindlaks teha, kui kaugel oleme nii kvaasarist kui ka vahe-galaktikast. Hubble'i konstandi arvutamiseks võrdlesid astronoomid seda kaugust objekti punanihkega või valguse lainepikkuste nihkega spektri punase otsa poole (mis näitab, kui palju objekti valgus on universumi laienedes veninud).
Valgust on uuritud süsteemidest, mis loovad kvaasari neli pilti või koopiat. Kuid uues kirjutises näitasid Birrer ja tema kaastöötajad edukalt, et Hubble'i konstanti on võimalik mõõta süsteemidest, mis loovad kvaasist vaid kahekordse pildi. See suurendab dramaatiliselt uuritavate süsteemide arvu, mis võimaldab lõpuks Hubble'i konstanti täpsemalt mõõta.
"Neli korda ilmuvad kvaasaride pildid on väga haruldased - terves taevas on neid võib-olla ainult 50–100 ja kõik pole mõõtmiseks piisavalt heledad," rääkis Birrer Live Science'ile. "Kahe läätsega süsteemid on aga sagedamini umbes viis korda."
Topeltläätsega süsteemi uued tulemused koos kolme teise varem mõõdetud neljakordse läätsega süsteemiga seavad Hubble'i konstandi väärtuseks 72,5 kilomeetrit sekundis megaparseci kohta; see on kooskõlas teiste kohaliku universumi mõõtmistega, kuid siiski umbes 8 protsenti kõrgem kui kauge universumi (vanema või varajase universumi) mõõtmised. Kuna uut tehnikat rakendatakse rohkemates süsteemides, saavad teadlased teada, milline on kauge (või varajase) universumi ja lokaalse (uuema) universumi mõõtmiste erinevus.
"Peamine on minna punktist, kus me ütleme, et jah, need asjad ei ole nõus, väga täpselt mõõta taset, millega nad ei nõustu, sest lõppkokkuvõttes on see aimugi, mis võimaldab teooria öelda, mis toimub, "rääkis Riess Live Science'ile.
Hubble'i konstandi täpne mõõtmine aitab teadlastel mõista mitte ainult seda, kui kiiresti universum laiali lendab. Väärtus on hädavajalik universumi vanuse ja kaugete galaktikate füüsilise suuruse määramiseks. See annab astronoomidele ka vihjeid seal oleva tumeda aine ja tumeda energia hulga kohta.
Mis puutub eksootilise füüsika seletamisse nende ebakõlaga paisumiskiiruse mõõtmisel, siis see on nii.
