Τρία χρόνια από την εκτίμηση της ηλικίας του σύμπαντος

Άρθρο, Μαϊος 2002

Πάνε τρία χρόνια, που οι αστρονόμοι του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble έκαναν την μέχρι τότε καλύτερη εκτίμηση για την ηλικία του σύμπαντος - 12 δισεκατομμύρια έτη.

Αυτή η ηλικία βέβαια ήταν μικρότερη από την ηλικία που πίστευαν μέχρι τότε πολλοί επιστήμονες, αν και δεν απετέλεσε μεγάλη έκπληξη γι' αυτούς.

Οι αστρονόμοι πάντως πρέπει ν΄ανακουφίστηκαν γιατί φαινόταν η ηλικία αυτή να ήταν παρόμοια με τις ευρεθείσες ηλικίες των παλαιότερων αστεριών.

Γνωρίζουμε ότι για πολλά χρόνια οι αστρονόμοι δεν ήξεραν τι να υποθέσουν για την ηλικία του σύμπαντος. Φαινόταν να είναι μικρότερη από την ηλικία πολλών ανακαλυφθέντων αντικειμένων. Έτσι υπήρχε μεγάλη σύγχυση γι' αυτή την ηλικία.

Μάλιστα πριν βάλουμε σε τροχιά τον Hubble, οι αστρονόμοι δεν μπορούσαν να αποφασίσουν εάν το Σύμπαν ήταν 10 ή 20 δισεκατομμυρίων ετών.

Εργασία οκτώ ετών

Την έρευνα αυτή την είχε πραγματοποιήσει μια διεθνής ομάδα 27 αστρονόμων, που μέτρησε τις ακριβείς αποστάσεις πολύ μακρυνών γαλαξιών επί οκτώ έτη πρίν καταλήξουν σε αυτό το αποτέλεσμα.

Αυτό ήταν και το κλειδί στον υπολογισμό της ηλικίας του σύμπαντος επειδή αποκάλυψε τον ρυθμό με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν. Ο ρυθμός αυτός στην γλώσσα των αστρονόμων λέγεται σταθερά του Hubble. Η ονομασία αυτή προέρχεται από τον Αμερικανό αστρονόμο Edwin Hubble, ο οποίος και ανακάλυψε πρώτος ότι ο κόσμος μας διαστέλλεται.

Ο υπολογισμός της σταθεράς Hubble ήταν ένας από τους σημαντικότερους στόχους του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, όταν σχεδιαζόταν. Η νέα τιμή της σταθεράς Hubble είναι 70 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και ανά megaparsec. (Το megaparsec είναι 3.26 εκατομμύρια έτη φωτός).

Αλλά η μέτρηση των αποστάσεων δεν ήταν εύκολη υπόθεση. Οι αστρονόμοι παρατήρησαν 18 γαλαξίες και 800 "μεταβλητά" αστέρια, τους λεγόμενους Κηφείδες. Τα τελευταία είναι μια σπάνια κλάση μεταβλητών αστεριών που μας παρέχουν ένα αξιόπιστο κριτήριο για τη μέτρηση των κοσμολογικών αποστάσεων.

Μάλιστα οι Κηφείδες έχουν ονομαστεί και μιλιοδείκτες (mileposts) του σύμπαντος, λόγω της χρησιμότητάς τους στην μέτρηση ακριβών αποστάσεων.

Όπως γνωρίζουμε οι Κηφείδες είναι "μεταβλητά" αστέρια επειδή η φωτεινότητά τους αυξάνεται και εξασθενίζει με ένα κανονικό χρονικό ρυθμό, ο οποίος εξαρτάται από την πραγματική φωτεινότητα του αστεριού.

Οι αστρονόμοι λοιπόν βάζουν τα οπτικά όργανα του Hubble στα όρια τους για να βρούν ένα αμυδρό αστέρι της τάξης των Κηφειδών σε έναν απόμακρο γαλαξία. Συγκρίνοντας ύστερα τη φωτεινότητα του αστεριού που βλέπουν με την πραγματική φωτεινότητα που υπολογίζουν, με την βοήθεια του ρυθμού που αυξομειώνεται το φως του, είναι δυνατό να υπολογιστεί η απόστασή του.

Βέβαια οι αστρονόμοι υπολογίζουν κι άλλους παράγοντες. Παραδείγματος χάριν πρέπει να λάβουν υπόψιν αέρια ή τη σκόνη που είναι μπροστά από το αστέρι.

Όλες οι ενδείξεις ταίριαξαν

Αλλά οι αστρονόμοι μπορούν επίσης να υπολογίσουν τη σταθερά του Hubble με την παρατήρηση κι άλλων αντικειμένων στο διάστημα, όπως αστέρια ή σουπερνόβες.

Μάλιστα τότε ενθουσίασε τους αστρονόμους το γεγονός ότι αυτές οι εκτιμούμενες σταθερές του Hubble, ήταν σχεδόν ίδιες με την προσέγγιση των Κηφειδών.

Την ίδια όμως εποχή παράλληλα με την ηλικία που βρήκαν για το σύμπαν με τη βοήθεια των Κηφειδών, μια άλλη πολύ διαφορετική προσέγγιση στη μέτρηση της ηλικίας του σύμπαντος, παρουσιάστηκε από τον Charles Lineweaver του Πανεπιστημίου της Νότιας Νέας Ουαλίας στην Αυστραλία.

Αυτός και η ομάδα του χρησιμοποίησαν τις μέχρι τότε παρατηρήσεις του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων, μια ακτινοβολία που απλώνεται σε όλο το σύμπαν και έχει παρομοιαστεί σαν μια ηχώ του Big Bang.

Η εκτίμησή του ήταν ότι το σύμπαν είναι 13.4 δισεκατομμυρίων ετών, με μια αβεβαιότητα συν ή πλην 1.6 δισ. έτη. 

Μεγάλες απορίες

Την δεκαετία του '60 στην επιστημονική κοινότητα υπήρχε μια διαμάχη ανάμεσα στις δύο κύριες κοσμολογικές θεωρίες. Η μια θεωρία ήταν της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang) και η άλλη της αμετάβλητης (σταθεράς) κατάστασης ή της συνεχούς δημιουργίας. Η τελευταία ήταν δημιούργημα του Άγγλου αστρονόμου Fred Hoyle. Ταποτελέσματα όμως των ραδιοαστρονομικών παρατηρήσεων ανάγκασαν τον Hoyle να ομολογήσει την αποτυχία του μοντέλου του. Αλλά και το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης άφηνε αναπάντητα ερωτήματα. Γιατί το σύμπαν φαίνεται να είναι ομοιόμορφο και πως δημιουργήθηκαν οι πρώτες αναταραχές (διαφορές) στην πυκνότητα του νεαρού σύμπαντος.

Την δεκαετία του '80 γεννήθηκε η θεωρία του πληθωρισμού για να απαντήσει στα ερωτήματα αυτά που έμπαιναν γύρω από την θεωρία της Μεγάλης 'Εκρηξης. Έτσι σύμφωνα με αυτήν το πολύ πρώϊμο σύμπαν, πέρασε από μια περίοδο ταχύτατης διαστολής (με μεγαλύτερη ταχύτητα από του φωτός), με την βοήθεια της οποίας εξηγούμε την ομοιομορφία που παρατηρούμε στο σύμπαν σήμερα.

Σήμερα οι απορίες που έχουμε είναι για τον ρυθμό της επιτάχυνσης της διαστολής του σύμπαντος, την σκοτεινή ενέργεια του κενού και ποιά είναι τα σώματα που είναι υποψήφια για την ύλη που λείπει ώστε να κρατείται το σύμπαν επίπεδο. Και επίσης για την ορθότητα της νέας θεωρίας του ανοικτού πληθωρισμού, που επεκτείνει τη παλαιά θεωρία του πληθωρισμού.

Έτσι πιστεύεται πως βρισκόμαστε, αρχές του 21ου αιώνα, σε μια νέα επανάσταση στην αστοφυσική.

Η σκοτεινή δύναμη

Οι αστρονόμοι μας λένε για παράδειγμα ότι η αντίληψή τους για το Σύμπαν έχει αλλάξει πολύ από την προηγούμενη δεκαετία. Οι παρατηρήσεις των πιό απόμακρων αντικειμένων του κόσμου δείχνουν ότι τα πράγματα δεν είναι και τόσο απλά όσο πολλοί κάποτε πίστευαν.

Μάλιστα πολλά στοιχεία αναγκάζουν τους επιστήμονες να συμπεράνουν, ότι κάποια παράξενη "κοσμική ενέργεια του κενού" υπάρχει που επιταχύνει την διαστολή του σύμπαντος. 

Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει μια πρόσθετη δύναμη που μπορεί να γίνει αισθητή μόνο στις πολύ μεγαλύτερες κλίμακες, δηλαδή σε κλίμακες δισεκατομμυρίων ετών φωτός, που ωθεί τους γαλαξίες τον ένα μακρυά από τον άλλο.

Η κατανόηση αυτής της δύναμης θα είναι μια από τις σημαντικότερες στοιχειώδες εργασίες της επιστήμης στον 21ο αιώνα.

Και το τι συμβαίνει πραγματικά ίσως το αντιληφθούμε με τη νέα γενιά διαστημικών παρατηρητηρίων, που θα εκτοξευτούν το 2007.