Αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA έχουν αποκλείσει μια εναλλακτική θεωρία για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, αφού υπολόγισαν ξανά τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος με μια πολύ μεγάλη ακρίβεια.
Το σύμπαν φαίνεται να διαστέλλεται με ένα αυξανόμενο ρυθμό. Κάποιοι πιστεύουν ότι αυτή εξηγείται από το γεγονός ότι το σύμπαν είναι πλημμυρισμένο με μια σκοτεινή ενέργεια, που λειτουργεί αντίθετα από την βαρύτητα. Μια εναλλακτική πρόταση στην προηγούμενη υπόθεση είναι ότι μια γιγάντια φυσαλίδα, από σχετικά άδειο χώρο πλάτους οκτώ δισεκατομμυρίων ετών φωτός, περιβάλλει την γαλαξιακή μας γειτονιά. Αν εμείς ζούσαμε κοντά στο κέντρο αυτού του κενού, θα βλέπαμε τους γαλαξίες να απομακρύνονται επιταχυνόμενα από μας, γεγονός που θα ήταν μια ψευδαίσθηση.
Η υπόθεση αυτή έχει καταρριφθεί από τους αστρονόμους εξαιτίας των ακριβέστερων μετρήσεων του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος, επικεφαλής των οποίων ήταν ο Adam Riess από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη.
Οι παρατηρήσεις του Παρατηρητηρίου Hubble έγιναν από την ομάδα SHOES (Supernova Ho for the Equation of State), που εργάζεται για να βελτιώσει την ακρίβεια της σταθεράς του Hubble. Ως γνωστόν η μεγαλύτερη ακρίβεια της σταθεράς Hubble μας επιτρέπει να κατανοήσουμε την συμπεριφορά της σκοτεινής ενέργειας.
Αυτές οι παρατηρήσεις βοήθησαν στον προσδιορισμό του σημερινού ρυθμού διαστολής του σύμπαντος με μια αβεβαιότητα μόλις 3,3%. Η νέα μέτρηση μείωσε το περιθώριο του σφάλματος κατά 30%, σε σχέση με την προηγούμενη καλύτερη μέτρηση της σταθεράς του Hubble που έγινε το 2009. Τα αποτελέσματα του Riess θα δημοσιευθούν την 1 Απριλίου στο “The Astrophysical Journal”.
Η τιμή του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος που μετρήθηκε είναι 73,8 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και ανά megaparsec. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε επιπλέον ένα εκατομμύριο parsecs (ή 3.260.000 έτη φωτός), που είναι ένας γαλαξίας από τη Γη, ο γαλαξίας φαίνεται να ταξιδεύει με ταχύτητα 73,8 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο πιο γρήγορα από εμάς.
Κάθε μείωση της αβεβαιότητας του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος μας βοηθάει στην πιο στέρεα κατανόηση των κοσμικών συστατικών του. Γνωρίζοντας την ακριβή τιμή του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος περιορίζει κι άλλο το εύρος της ισχύος της σκοτεινής ενέργειας και βοηθά τους αστρονόμους να κάνουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις εκτιμήσεις τους για άλλες κοσμικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου του σχήματος του σύμπαντος και την κατάσταση των νετρίνο, τα σωματίδια φάντασμα, που υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν.
“Με τη νέα κάμερα του Hubble μοιάζουμε στους αστυνομικούς που χρησιμοποιούν το ραντάρ για να συλλάβουν το σύμπαν για υπερβολική ταχύτητα” αστειεύεται ο Riess. “Φαίνεται ότι μάλλον η σκοτεινή ενέργεια είναι αυτή που πατάει το γκάζι”
Σπάζοντας τη Φυσαλίδα
Η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα από τα μεγαλύτερα κοσμολογικά μυστήρια της σύγχρονης φυσικής. Ακόμη και ο Αλβέρτος Αϊνστάιν αναγκάστηκε να αποδεχθεί μια απωστική δύναμη, που την ονόμασε κοσμολογική σταθερά, η οποία θα εξισορροπούσε στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας την βαρύτητα και θα κρατούσε το σύμπαν σταθερό, όπως ήξεραν τότε ότι ήταν το σύμπαν οι επιστήμονες. Κατάλαβε όμως γρήγορα το λάθος του λέγοντας μάλιστα ότι ήταν το μεγαλύτερο σφάλμα της ζωής του, όταν ο αστρονόμος Edwin Hubble ανακάλυψε το 1929 ότι το σύμπαν διαστέλλεται.
Μέχρι όμως το 1998 δεν υπήρχαν στοιχεία για την σκοτεινή ενέργεια, ώσπου το 1998 οι παρατηρήσεις δύο ερευνητικών ομάδων (η μία ομάδα είχε με επικεφαλής τον Riess) την ανακάλυψαν.
Η ιδέα της σκοτεινής ενέργειας ήταν τόσο περίεργη, που πολλοί επιστήμονες άρχισαν να προτείνουν άλλες περίεργες ερμηνείες, συμπεριλαμβανομένης και της θεωρίας της κοσμικής “φυσαλίδας”. Σε αυτή τη θεωρία, η φυσαλίδα με μια πολύ μικρή πυκνότητα διαστέλλεται γρηγορότερα από όσο άλλες περιοχές του σύμπαντος, που περιέχουν πολύ περισσότερη ύλη.
Για έναν παρατηρητή στο εσωτερικό της φυσαλίδας, αυτή η διαστολή του σύμπαντος φαίνεται σαν να προκαλείται από μια δύναμη, σαν ένα είδος σκοτεινής ενέργειας, Η θεωρία της φυσαλίδας απαιτεί ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος είναι πολύ πιο αργός, από όσο υπολογίζουν οι αστρονόμοι, κάπου 60 με 65 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και ανά μέγαπαρσέκ. Με τη μείωση της αβεβαιότητας στην τιμής της σταθεράς του Hubble στο 3,3%, αναφέρει ο Riess ότι αποκλείεται η τιμή να φτάσει στο παραπάνω νούμερο.
Οι υποστηρικτές της θεωρίας των φυσαλίδων δέχονται ότι ο ρυθμός διαστολής στο τοπικό σύμπαν είναι υψηλότερος σε σχέση με τις πιο απομακρυσμένες περιοχές. Αλλά αντί να δεχτούν ότι ο ρυθμός της διαστολής έχει αυξηθεί με τον χρόνο, προτείνουν ότι η τοπική μας κοσμική γειτονιά τυχαίνει να περιέχει λιγότερη ύλη από τον μέσο όρο. Μέσα σε αυτό λοιπόν το "κενό", ο ρυθμός διαστολής είναι υψηλότερος από ό,τι μακριά μας, επειδή υπάρχει λιγότερη βαρύτητα για να επιβραδύνει το σύμπαν.
“Το πιο δύσκολο κομμάτι αυτής της θεωρίας της φυσαλίδας ήταν ότι έπρεπε να αποδείξουμε ότι ζούμε πολύ κοντά στο κέντρο αυτής της κενής περιοχής του χώρου”, εξήγησε ο Lucas Macri συνεργάτης του Riess. “Αυτό όμως έχει μια πιθανότητα να συμβαίνει περίπου μία στο εκατομμύριο. Αλλά επειδή ξέρουμε ότι κάτι παράξενο κάνει το σύμπαν να επιταχύνεται είναι καλύτερα να αφήσουμε τα δεδομένα να είναι ο οδηγός μας”.
Η χρησιμοποίηση των άστρων σαν μέτρα (δείκτες) κοσμικών αποστάσεων για τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος είναι μια πολύ δύσκολη υπόθεση. Αρχικά η ομάδα του Riess έπρεπε πρώτα να προσδιορίσει τις ακριβείς αποστάσεις των γαλαξιών που βρίσκονται κοντά και μακριά από τη Γη. Η ομάδα σύγκρινε εκείνες τις αποστάσεις με την ταχύτητα που απομακρύνονται οι γαλαξίες εξ αιτίας της διαστολής του χώρου. Χρησιμοποίησαν αυτές τις δύο τιμές για να υπολογίσουν την σταθερά του Hubble. Η τελευταία συσχετίζει την ταχύτητα που απομακρύνονται οι γαλαξίες από μας, με την απόσταση τους από τον Γαλαξία.
Επειδή οι αστρονόμοι δεν μπορούν να μετρήσουν απευθείας τις αποστάσεις των γαλαξιών, χρησιμοποιούν έμμεσα τη λαμπρότητα κάποιων άστρων ή άλλων αντικειμένων σαν κοσμικούς δείκτες των αποστάσεων. Αυτά είναι αντικείμενα με μία εγγενή λαμπρότητα, λαμπρότητα που δεν εξασθενίζει το φως τους με την απόσταση, την ατμοσφαιρική ή την αστρική σκόνη. Γι αυτό και οι αποστάσεις τους μαζί με την φαινομένη λαμπρότητα τους μπορεί να μας δείξουν την αληθινή ή απόλυτη λαμπρότητα τους.
Οι πιο αξιόπιστοι κοσμικοί δείκτες για τις κοντινές αποστάσεις είναι οι μεταβλητοί Κηφείδες. Άστρα που η λαμπρότητα τους αυξομειώνεται περιοδικά. Αλλά οι Κηφείδες μπορούν να ανιχνευτούν μόνο στον Γαλαξία μας (λόγω της αμυδρότητας τους) κι όχι στους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες. Για να υπολογίσει μακρινές αποστάσεις η ομάδα του Riess χρησιμοποίησε μια ειδική κατηγορία άστρων που εκρήγνυνται, τα σουπερνόβα Ia.
Αυτές οι αστρικές εκρήξεις λάμπουν τόσο πολύ που μπορούμε να τις δούμε και στα πιο απομακρυσμένα σημεία του σύμπαντος. Συγκρίνοντας την φαινόμενη λαμπρότητα των σουπερνόβα la με την αντίστοιχη των παλλόμενων Κηφείδων, οι αστρονόμοι μπορούν να προσδιορίσουν με ακρίβεια την απόλυτη λαμπρότητά τους και ως εκ τούτου να υπολογίσουν την απόστασή των σουπερνόβα τύπου Ia από τη Γη.
Χρησιμοποιώντας την πολύ καλή ευκρίνεια της νέας κάμερας του Hubble (WFC3) για να μελετήσουν περισσότερα άστρα στο ορατό αλλά και υπέρυθρο φως, κατόρθωσαν να μειώσουν τα συστηματικά σφάλματα που προέκυπταν από τις συγκρίσεις των μετρήσεων από διαφορετικά τηλεσκόπια.
Οι αστρονόμοι ελπίζουν το Hubble να συνεχίσει τις μετρήσεις του ώστε να μειώσουν την αβεβαιότητα στην σταθερά του Hubble ακόμα περισσότερο, στο μισό της σημερινής της τιμής, οπότε να κατανοήσουμε καλύτερα ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας.
Πηγή: NASA
Leave a Comment