Η έννοια της κοσμολογικής σταθεράς – μια ιδιότητα του κενού χωροχρόνου που είτε τον διαστέλλει είτε τον συστέλλει – απέκτησε κακό όνομα στις αρχές του 20ου αιώνα εν μέρει επειδή ο Αϊνστάιν την αποκάλεσε σαν τη μεγαλύτερη γκάφα του. Το πρόβλημα του Αϊνστάιν, ωστόσο, ήταν ότι αυτή συμπεριλήφθη στις εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα στατικό Σύμπαν. Όταν κατέστη σαφές ότι το Σύμπαν διαστελλόταν, αποσύρθηκε γρήγορα ο όρος αυτός από τις εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τον χωροχρόνο. Ωστόσο, κατά την τελευταία δεκαετία η κοσμολογική σταθερά έχει δει μια κάποια αναγέννηση, καθώς οι κοσμολόγοι ανακάλυψαν ότι το Σύμπαν δεν επεκτείνεται απλώς, αλλά η επέκτασή του επιταχύνεται.
Η τεράστια βαρυτική δύναμη της σκοτεινής ύλης (εμφανίζεται σε μπλε χρώμα) στο γιγαντιαίο σμήνος γαλαξιών Abell 1689 κάμπτει το φως που έρχεται από μακρινούς γαλαξίες που είναι στο υπόβαθρο, δίνοντας έτσι στους αστρονόμους ενδείξεις για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας
Ακόμα όμως προβληματιζόμαστε από τι αποτελείται αυτή η σκοτεινή ενέργεια ή πώς παράγει μια απωστική κοσμολογική σταθερά. Αλλά αρχίζουμε να καταλάβουμε τώρα πόση ακριβώς είναι η κοσμολογική σταθερά εκεί έξω. Μια νέα δημοσίευση στο περιοδικό Science προβλέπει μια νέα και ανεξάρτητη μέτρηση της τιμής της. Και, δεδομένου ότι συμπίπτει η τιμή αυτή με άλλες μετρήσεις από διαφορετικές πηγές, μειώνει το σφάλμα σχετικά με την εκτίμηση αυτή κατά 30 τοις εκατό.
Είναι αρκετά σαφές ότι η σημερινή αβεβαιότητα σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια κάνει τη ζωή σε πολλούς ανθρώπους δύσκολη, αλλά η διεθνής ομάδα πίσω από τη νέα εργασία ξεκινάει την εργασία με μια μείωση των αποδεικτικών στοιχείων για τη σκοτεινή ενέργεια. Παρά το γεγονός ότι η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος εντοπίστηκε για πρώτη φορά στα φάσματα των σουπερνόβα, υπάρχουν κι άλλες αποδείξεις που προέρχονται από τη μελέτη του δορυφόρου WMAP που χαρτογράφησε την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, την πληθώρα των γαλαξιακών σμηνών – ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις, και τέλος από το φαινόμενο του ασθενούς βαρυτικού εστιασμού (ασθενής βαρυτικός φακός), που ονομάζεται κοσμική διάτμηση.
Όλα αυτά υποδηλώνουν ότι περίπου το 72% του σύμπαντος είναι σκοτεινή ενέργεια, η οποία εξασκεί μια προς τα έξω πίεση στον χωροχρόνο, παράγοντας μια αρνητική κοσμολογική σταθερά. Αλλά όλες οι εκτιμήσεις έχουν σημαντικά σφάλματα, και μπορεί να είναι πιο δύσκολο να εξηγήσουμε τι είναι, αν δεν καταλαβαίνουμε πόση είναι γύρω μας.
"Πρέπει να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα της σκοτεινής ενέργειας από όλες τις πλευρές", δήλωσε ο καθηγητής Eric Jullo, επικεφαλής της διεθνούς μελέτης και μέλος του Εργαστηρίου Αεριοπροώθησης της NASA.
"Είναι σημαντικό να έχουμε διάφορες μεθόδους, και τώρα έχουμε μια νέα, πολύ ισχυρή.Αυτό που μου αρέσει στη νέα μέθοδο μας είναι ότι είναι πολύ οπτική. Μπορούμε να δούμε κυριολεκτικά την βαρύτητα και την σκοτεινή ενέργεια να κάμπτει τις εικόνες των γαλαξιών του υπόβαθρου σε τόξα".
Ο Priya Natarajan, ένας κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο Yale, ο οποίος ήταν μέλος της ομάδας, πρόσθεσε: "Μπορούμε να εφαρμόσουμε τώρα την ίδια τεχνική και σε άλλες βαρυτικούς φακούς”.
Η νέα λοιπόν εργασία προσφέρει μια ανεξάρτητη μέτρηση της πυκνότητας της υλο-ενέργειας του Σύμπαντος, με τη χρήση βαρυτικού φακού από ένα σμήνος γαλαξιών. Ο βαρυτικός φακός παρουσιάζεται όταν ένα τεράστιο αντικείμενο μπροστά (στο προσκήνιο) στρεβλώνει τη δομή του ίδιου του χωροχρόνου. Το φως που προέρχεται από τα αντικείμενα που είναι από πίσω (στο παρασκήνιο) μετατοπίζεται καθώς περνά μέσα από το φακό, δημιουργώντας έτσι πολλαπλές εικόνες της ίδιας δομής. Ο εστιασμός εξαρτάται από την ποσότητα της ύλης που βρίσκεται στο αντικείμενο που κάνει τον βαρυτικό εστιασμό, καθώς και από την γεωμετρία του Σύμπαντος μεταξύ του βαρυτικού φακού, του αντικειμένου και των παρατηρητών. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν λοιπόν αυτή την γεωμετρική πληροφορία για την εκτίμησης της κοσμολογικής σταθεράς.
Το εν λόγω γαλαξιακό σμήνος ονομάζεται Abell 1689, και οι εικόνες του (και τα εστιασμένα αντικείμενα του υποβάθρου) συνελήφθησαν από την Προηγμένη Κάμερα του Hubble. Οι γαλαξίες, που βρίσκονται στον αστερισμό της Παρθένου, είναι ένα από τα μεγαλύτερα συμπλέγματα γαλαξιών που είναι γνωστά στους επιστήμονες. Λόγω της τεράστιας μάζας του το σμήνος ενεργεί ως ένας κοσμικός μεγεθυντικός φακός, αναγκάζοντας το φως να κάμπτεται γύρω από αυτόν.
Όπως λένε στην εργασία τους οι επιστήμονες, το σμήνος Abell 1689 εστιάζει 34 διαφορετικά αντικείμενα του υποβάθρου σε συνολικά 114 διαφορετικές εικόνες. Με τη μέθοδο της φασματοσκοπίας, που πραγματοποιήθηκε με το τηλεσκόπιο Keck και τα Πολύ Μεγάλα Τηλεσκόπια, πήραμε πληροφορίες για την απόσταση 24 από αυτά τα αντικείμενα.
Υποθέτοντας το μοντέλο της Ψυχρής Σκοτεινής Ύλης (ΛCDM) – που προβλέπει ένα επίπεδο Σύμπαν (με βάση τα στοιχεία του WMAP) καθώς και την παρουσία ψυχρής σκοτεινής ύλης, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να υπολογίσουν ότι η πυκνότητα της ύλης είναι περίπου 0,3, και ότι η κοσμολογική σταθερά είναι περίπου -1. Τα λάθη ήταν κάπως μεγάλο, αλλά προήλθαν από πηγές που σχετίζονται με τα λάθη που υπάρχουν σε άλλες εκτιμήσεις, όπως αυτές προκύπτουν από τα στοιχεία του δορυφόρου WMAP και τις έρευνες των σουπερνόβα. Ως εκ τούτου, και επειδή οι τιμές επικαλύπτονται, οι εκτιμήσεις θα μπορούσαν να συνδυαστούν κάτι που μείωσε τα συνολικά σφάλματα κατά περίπου 30 τοις εκατό.
Το τελικό αποτέλεσμα: με μία βεβαιότητα 99%, η πυκνότητα της ύλης (η ορατή και η αόρατη σκοτεινή ύλη) είναι μεταξύ 0,23 και 0,33, ενώ η κοσμολογική σταθερά είναι μεταξύ -1,12 και -0,82.
Δεν είναι ακόμη σαφές ακόμα το κατά πόσον αν έχουμε ένα πιο εκλεπτυσμένο μέτρο για την παρουσία της κοσμολογικής σταθεράς θα μας φέρει πιο κοντά στον εντοπισμό των ιδιοτήτων της σκοτεινής ενέργειας, αλλά το γεγονός ότι αυτή εμφανίζεται στο ίδιο μέγεθος σε μια σειρά αυτοτελών μετρήσεων, υποδηλώνει ότι δεν μπορεί να είναι τόσο μυστηριώδης, όπως υποδηλώνει το όνομά της.
Άρα το σύμπαν θα διαστέλλεται για πάντα καταλήγει η μελέτη για την σκοτεινή ενέργεια, οπότε τελικά αυτό θα γίνει ένα νεκρό και ψυχρό τοπίο.
————————————————————————————————————————
Το φως που κάμπτεται γύρω από το σμήνος δίνει πολύ σημαντικές πληροφορίες στους επιστήμονες σχετικά με το μέλλον του Σύμπαντος και εξαρτάται από τρεις παράγοντες.
Συγκεκριμένα, εξαρτάται από την απόσταση του αντικειμένου που εκπέμπει το φως, από τη μάζα του σμήνους καθώς και από την κατανομή της σκοτεινής ενέργειας. Οι επιστήμονες ήταν σε θέση να υπολογίσουν τους πρώτους δύο παράγοντες.
Χρησιμοποιώντας όμως το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου, κατάφεραν να υπολογίσουν και τον τρίτο παράγοντα.
Leave a Comment