Το ερώτημα για το πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν υποκινεί τους αστρονόμους, επί σχεδόν έναν αιώνα τώρα, να ερευνούν το σύμπαν για απαντήσεις στο ζήτημα αυτό. Μερικοί δε ερευνητές αναρωτιούνται αν έχουν έως τώρα παραβλέψει έναν βασικό μηχανισμό που να καθοδηγεί την διαστολή του Κόσμου. Τώρα μια ομάδα με επικεφαλής αστρονόμους του UCLA έκανε ένα βήμα προς την επίλυση αυτού του προβλήματος, για το πόσο γρήγορα διαστέλλεται ο Κόσμος.
Εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ενός διπλά καταχωρούμενου κβάζαρ, του SDSS J1206+4332
Στην καρδιά της διαμάχης αυτής είναι η σταθερά του Hubble, ένας αριθμός που συνδέει τις αποστάσεις με την μετατόπιση προς το ερυθρό των γαλαξιών – το πόσο πολύ είναι τεντωμένο το φως καθώς ταξιδεύει προς τη Γη μέσω του διαστελλόμενου σύμπαντος. Οι εκτιμήσεις για τη σταθερά Hubble κυμαίνονται από τα 67 έως τα 73 km/sec και ανά megaparsec απόστασης, γεγονός που σημαίνει ότι δύο σημεία στο διάστημα που απέχουν 1 megaparsec (3,26 εκατομμύρια έτη φωτός) απομακρύνονται μεταξύ τους με ταχύτητα μεταξύ 67 και 73 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.
Τα δεδομένα του διαστημικού σκάφους Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας βρήκαν το ρυθμό διαστολής του πρώιμου σύμπαντος μελετώντας την μικροκυματική ακτινοβολία του κοσμικού υποβάθρου, αυτή που έμεινε αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Το Planck λοιπόν έχει δείξει ότι το μέγιστο ανώτατο όριο της σταθεράς Planck Ho είναι 69 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και ανά Megaparsec
Ενώ η μεγαλύτερη τιμή της σταθεράς Hubble (73 km/sec και ανά megaparsec ) προκύπτει από μεταβλητούς κηφείδες, σουπερνόβες τύπου Ια αλλά και από άλλες μεθόδους.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble αναζήτησε για μεταβλητά παλλόμενα αστέρια Κηφείδες σε 19 απομακρυσμένους γαλαξίες. Σε αυτήν την εικόνα τα παλλόμενα αστέρια γνωστά ως Κηφείδες, που είναι δείκτες κοσμικών αποστάσεων, έχουν κυκλωθεί με κίτρινο κύκλο.
“Η σταθερά του Hubble υποδηλώνει τη φυσική κλίμακα του σύμπαντος”, δήλωσε ο Simon Birrer του UCLA και επικεφαλής της μελέτης. Χωρίς να είναι ακριβής η σταθερά του Hubble, οι αστρονόμοι δεν μπορούν να προσδιορίσουν με ακρίβεια τα μεγέθη των απομακρυσμένων γαλαξιών, την ηλικία του σύμπαντος ή την ιστορία διαστολής του Κόσμου.
Οι περισσότερες μέθοδοι για την εξαγωγή της σταθεράς Hubble έχουν δύο συστατικά: την απόσταση από κάποια πηγή φωτός και την ερυθρή μετατόπιση της πηγής του φωτός. Αναζητώντας μια πηγή φωτός που δεν είχε χρησιμοποιηθεί σε υπολογισμούς άλλων επιστημόνων, οι Birrer και οι συνεργάτες του στράφηκαν στα κβάζαρ, πηγές ακτινοβολίας που τροφοδοτούνται από μαύρες τρύπες. Και για την έρευνά τους, οι επιστήμονες επέλεξαν ένα συγκεκριμένο υποσύνολο κβάζαρ – εκείνων των οποίων το φως έχει καμφθεί από τη βαρύτητα ενός παρεμβαλλόμενου γαλαξία, ο οποίος παράγει δύο παράλληλες εικόνες του κβάζαρ στον ουρανό.
Το φως από τις δύο εικόνες κάνει διαφορετικές διαδρομές προς τη Γη. Όταν η φωτεινότητα του κβάζαρ μεταβάλλεται, οι δύο εικόνες τρεμοπαίζουν η μία μετά την άλλη, κι όχι ταυτόχρονα. Η καθυστέρηση στο χρόνο μεταξύ αυτών των δύο τρεμοπαίξεων, μαζί με τις πληροφορίες σχετικά με το βαρυτικό πεδίο του γαλαξία στο προσκήνιο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση της διαδρομής του φωτός και από εκεί την εξαγωγή των αποστάσεων που έχουν από τη Γη τόσο ο ενδιάμεσος γαλαξίας στο προσκήνιο όσο και το κβάζαρ. Η γνώση των ερυθρών μετατοπίσεων του κβάζαρ και του γαλαξία επέτρεψε έτσι στους επιστήμονες να εκτιμήσουν πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν.
Η ομάδα του UCLA, ως μέρος της διεθνούς συνεργασίας H0liCOW, είχε προηγουμένως εφαρμόσει την τεχνική αυτή για να μελετήσει τετραπλές εικόνες ενός κβάζαρ, στις οποίες εμφανίζονται τέσσερις εικόνες του ίδιου κβάζαρ γύρω από έναν γαλαξία που βρίσκεται στο προσκήνιο. Αλλά οι τετραπλές εικόνες δεν είναι τόσο συνηθισμένες στον Κόσμο – ενώ τα διπλά είδωλα ενός κβάζαρ πιστεύεται ότι είναι περίπου πέντε φορές περισσότερες από τα τετραπλάσια είδωλα.
Για να αποδείξουν αυτή την τεχνική, η ομάδα του UCLA μελέτησε ένα διπλά εικονιζόμενο κβάζαρ γνωστό ως SDSS J1206 + 4332. Αυτοί βασίστηκαν σε δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, τα παρατηρητήρια Gemini και WM Keck και από το δίκτυο COSMOGRAIL, ένα πρόγραμμα που διευθύνεται από το Πολυτεχνείο της Λωζάννης, που αποσκοπεί στον προσδιορισμό της σταθεράς του Hubble.
Ο Tommaso Treu, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας του UCLA δήλωσε ότι οι ερευνητές έπαιρναν φωτογραφίες του κβάζαρ κάθε μέρα για αρκετά χρόνια για να μετρήσουν με ακρίβεια την χρονική καθυστέρηση μεταξύ των δύο εικόνων. Στη συνέχεια, για να πάρουν την καλύτερη δυνατή εκτίμηση της σταθεράς Hubble, συνένωσαν τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από αυτό το quasar με δεδομένα που είχαν συγκεντρωθεί προηγουμένως από τη συνεργασία H0liCOW με τρία τετραπλά απεικονιζόμενα κβάζαρ.
“Η ομορφιά αυτής της μέτρησης είναι ότι είναι ιδιαίτερα συμπληρωματική και ανεξάρτητη από τις άλλες”, ανέφερε ο Treu.
Η ομάδα που ηγείται η UCLA παρουσίασε την εκτίμηση της για τη σταθερά Hubble, ότι αυτή είναι περίπου 72,5 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και ανά megaparsec, τιμή που αντιστοιχεί σε αυτό που άλλοι επιστήμονες είχαν προσδιορίσει στην έρευνα που χρησιμοποίησε αποστάσεις έως τα σουπερνόβα (αστέρια που έχουν εκραγεί) σε απομακρυσμένους γαλαξίες – ως το κλειδί της μέτρησης. Ωστόσο, και οι δύο εκτιμήσεις είναι περίπου 8% υψηλότερες από αυτές που βασίζονται στην λάμψη που μας έρχεται από όλο τον ουρανό, το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, την ακτινοβολία λείψανο που μας έρχεται 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το φως άρχισε να ταξιδεύει ελεύθερα μέσα στο διάστημα για πρώτη φορά.
“Εάν υπάρχει μια πραγματική διαφορά μεταξύ αυτών των τιμών, αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν είναι λίγο πιο περίπλοκο”, ανέφερε ο Treu.
Από την άλλη πλευρά, λέει ο Treu, θα μπορούσε επίσης να ισχύει ότι μία μέτρηση – ή και οι τρεις – είναι λάθος.
Οι ερευνητές αναζητούν τώρα περισσότερα κβάζαρ για να βελτιώσουν την ακρίβεια της μέτρησης της σταθεράς του Hubble. Ο Treu λέει ότι ένα από τα πιο σημαντικά διδάγματα της νέας εργασίας είναι ότι τα διπλά είδωλα των κβάζαρ δίνουν στους επιστήμονες πολύ πιο χρήσιμες πηγές φωτός για τους υπολογισμούς της σταθεράς του Hubble. Προς το παρόν, όμως, η ομάδα με επικεφαλής το UCLA επικεντρώνει την έρευνά της σε 40 τετραπλές εικόνες κβάζαρ, λόγω της δυνατότητάς τους να παράσχουν ακόμη πιο χρήσιμες πληροφορίες απ ‘ότι τα διπλά είδωλα.
