Ve dvacátých letech minulého století Edwin Hubble učinil průkopnické odhalení, že vesmír byl ve stavu expanze. Toto potvrzení, které bylo původně předpovězeno v důsledku Einsteinovy teorie obecné relativity, vedlo k tomu, co se stalo známým jako Hubbleův Konstantin. V zajišťovacích desetiletích a díky rozmístění dalekohledů nové generace - jako je výstižně pojmenovaný Hubbleův vesmírný dalekohled (HST) - byli vědci nuceni tento zákon revidovat.
Stručně řečeno, v posledních několika desetiletích, schopnost vidět dál do vesmíru (a hlouběji do času) umožnila astronomům provádět přesnější měření toho, jak rychle se raný vesmír rozšiřoval. A díky novému průzkumu provedenému pomocí Hubbleu byl mezinárodní tým astronomů schopen doposud provádět nejpřesnější měření míry expanze vesmíru.
Tento průzkum provedl tým Supernovy H0 pro rovnici státu (SH0ES), mezinárodní skupina astronomů, která se od roku 2005 snaží hledat přesnost Hubbleova konstanty. Skupinu vede Adam Reiss of the Space Telescope Science Institute (STScI) a Johns Hopkins University, a zahrnuje členy z Amerického muzea přírodní historie, Neils Bohr Institute, National Optical Astronomy Observatory a mnoha prestižních univerzit a výzkumných institucí.
Studie, která popisuje jejich zjištění, se nedávno objevila v roce 2007 Astrofyzikální deník pod názvem „Vzdálenosti typu Ia Supernova při Redshift> 1,5 od Hubbleův kosmický dalekohled Programy státní pokladny s více cykly: Míra předčasné expanze “. V zájmu studia a v souladu s jejich dlouhodobými cíli se tým snažil postavit nový a přesnější „žebřík na dálku“.
Tento nástroj je způsob, jakým astronomové tradičně měřili vzdálenosti ve vesmíru, které spočívá v tom, že se spoléhají na markery vzdálenosti, jako jsou proměnné Cepheid - pulzující hvězdy, jejichž vzdálenosti lze odvodit porovnáním jejich vnitřního jasu s jejich zjevným jasem. Tato měření jsou pak porovnána s tím, jak je světlo z dálkových galaxií redshifted, aby se určilo, jak rychle se prostor mezi galaxiemi rozšiřuje.
Z toho je odvozen Hubbleův konstant. Aby Riess a jeho tým postavili svůj vzdálený žebřík, provedli měření paralaxy pomocí Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3) z osmi nově analyzovaných proměnných hvězd Cepheid v Mléčné dráze. Tyto hvězdy jsou asi 10krát dále než dříve studované - od 6 000 do 12 000 světelných let od Země - a pulzují v delších intervalech.
Aby byla zajištěna přesnost, která by odpovídala kolísání těchto hvězd, tým také vyvinul novou metodu, kde Hubble měří pozici hvězdy tisíckrát za minutu každých šest měsíců po dobu čtyř let. Tým poté porovnal jas těchto osmi hvězd se vzdálenějšími Cefeidy, aby zajistil, že budou moci přesněji vypočítat vzdálenosti k jiným galaxiím.
Pomocí nové techniky dokázal Hubble zachytit změnu polohy těchto hvězd ve srovnání s ostatními, což věci nesmírně zjednodušilo. Jak vysvětlila Riess v tiskové zprávě NASA:
„Tato metoda umožňuje opakované příležitosti k měření extrémně malých posunů v důsledku paralaxy. Měříte oddělení dvou hvězd, a to nejen na jednom místě ve fotoaparátu, ale i opakovaně a tisícekrát, čímž se snižují chyby v měření. “
Ve srovnání s předchozími průzkumy byl tým schopen rozšířit počet analyzovaných hvězd na vzdálenosti až desetkrát dále. Jejich výsledky však byly také v rozporu s výsledky, které získalo družice Planck Evropské kosmické agentury (ESA), která měřila kosmické mikrovlnné pozadí (CMB) - zbytkové záření vytvořené Velkým třeskem - od svého nasazení v roce 2009.
Mapováním CMB byl Planck schopen sledovat expanzi vesmíru během raného vesmíru - circa. 378 000 let po Velkém třesku. Planckův výsledek předpovídal, že Hubbleova konstantní hodnota by nyní měla být 67 kilometrů za sekundu na megaparsec (3,3 milionu světelných let) a nesmí být vyšší než 69 kilometrů za sekundu na megaparsek.
Na základě jejich průzkumu získal tým Riess hodnotu 73 kilometrů za sekundu na megaparsec, což je odchylka 9%. Jejich výsledky v podstatě naznačují, že galaxie se pohybují rychleji, než jak vyplývá z pozorování raného vesmíru. Protože Hubbleova data byla tak přesná, astronomové nemohou propustit mezeru mezi dvěma výsledky jako chyby v jakémkoli jednotlivém měření nebo metodě. Jak vysvětlil Reiss:
"Komunita se opravdu potýká s porozuměním významu této nesrovnalosti ... Oba výsledky byly testovány více způsoby, takže vylučují řadu nesouvisejících chyb." je stále více pravděpodobné, že se nejedná o chybu, ale o rys vesmíru. “
Tyto nejnovější výsledky proto naznačují, že ve vesmíru by mohla fungovat nějaká dříve neznámá síla nebo nějaká nová fyzika. Pokud jde o vysvětlení, Reiss a jeho tým nabídli tři možnosti, z nichž všechny mají co do činění s 95% vesmíru, který nevidíme (tj. Temná hmota a temná energie). V roce 2011 byla Reissovi a dvěma dalším vědcům udělena Nobelova cena za fyziku za jejich objev v roce 1998, že vesmír se zrychlil.
V souladu s tím naznačují, že temná energie by mohla s rostoucí silou tlačit galaxie od sebe. Jinou možností je, že tam je neobjevená subatomická částice, která je podobná neutrinu, ale místo subatomických sil interaguje s normální hmotou gravitací. Tato „sterilní neutrina“ by se pohybovala blízko rychlosti světla a mohla by být souhrnně označována jako „temné záření“.
Každá z těchto možností by znamenala, že obsah raného vesmíru byl odlišný, a tak nutil přehodnocení našich kosmologických modelů. V současné době Riess a jeho kolegové nemají žádné odpovědi, ale plánují pokračovat v dolaďování svých měření. Tým SHOES zatím snížil nejistotu Hubbleova konstanty na 2,3%.
To je v souladu s jedním z hlavních cílů Hubbleova kosmického dalekohledu, které mělo pomoci snížit hodnotu nejistoty v Hubbleově konstantě, u níž se odhady jednou lišily faktorem 2.
Takže zatímco tento rozpor otevírá dveře novým a náročným otázkám, také to značně snižuje naši nejistotu, pokud jde o měření vesmíru. Nakonec to zlepší naše porozumění tomu, jak se vesmír vyvíjel poté, co byl vytvořen v ohnivé kataklyzmě před 13,8 miliardami let.
