Χαιρετήστε την κοσμική επανάσταση

Από την ιστοσελίδα sciencenews.org, 13 Οκτωβρίου 2003

Με μυθικά ονόματα όπως Γκιλγκαμές, Αφροδίτη, και Αθηνά, 10 πρόσφατα ανακαλυφθέντα σουπερνόβα είναι κάτι το ειδικό. Πράγματι, αυτά τα σουπερνόβα μας δίνουν την απόδειξη σε μια από τις ποιο παράδοξες ιδιότητες του Σύμπαντος. Αυτή που σπρώχνει τους γαλαξίες του σύμπαντος να απομακρύνονται μεταξύ τους με έναν ολοένα γρηγορότερο ρυθμό.

Ο Adam Riess του Διαστημικού Επιστημονικού Ινστιτούτου Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη παρουσίασε τα νέα συμπεράσματα σε ένα συμπόσιο κοσμολογίας στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve στο Κλήβελαντ.

"Το ξεκίνημα της επιτάχυνσης του ρυθμού διαστολής άρχισε να συμβαίνει πέντε δισεκατομμύρια χρόνια πριν," λέει ο Adam Riess. "Αυτό έγινε μόλις το Σύμπαν σταμάτησε να επιβραδύνει τη διαστολή του και ξεκίνησε την επιτάχυνση της, κάνοντας ένα κοσμικό άλμα", εξήγησε ο ίδιος.

"Τα στοιχεία θα μας βοηθήσουν να καταλάβουμε τη φύση της κοσμικής επιτάχυνσης," λέει ο κοσμολόγος Michael Turner του Πανεπιστημίου του Σικάγου.

Η έννοια ενός σύμπαντος στο οποίο επιταχύνεται ο ρυθμός διαστολής του ήταν στο επίκεντρο των αστροφυσικών από το 1998, όταν δύο ομάδες αστρονόμων μέτρησαν τη φωτεινότητα των υπερκαινοφανών του τύπου 1a,  που ήταν μακρινά αλλά αρκετά πιο κοντά στη Γη από ό,τι τα προσφάτως ανευρεθέντα.

Επειδή όλοι οι υπερκαινοφανείς του τύπου 1a έχουν τη σχεδόν ίδια εγγενή φωτεινότητα, όπως οι λάμπες της ίδιας ισχύος, είναι εύκολο να προβλεφθεί πόσο φωτεινοί οφείλουν να δείχνουν βάσει της απόστασής τους από τη Γη.

Ως γνωστόν, λόγω της διαστολής του Σύμπαντος, το φως από τους μακρινούς υπερκαινοφανείς μετατοπίζεται προς το ερυθρό άκρο του φάσματος και έχει μεγάλο z.

Αλλά η φωτεινότητα που μετρήθηκε σε αυτούς τους υπερκαινοφανείς έδειξε να υπάρχει σύγχυση: Εάν το Σύμπαν έχει διασταλεί με ένα σταθερό ή ένα ελαττούμενο ρυθμό από τη Μεγάλη Έκρηξη, τότε οι υπερκαινοφανείς είναι περίπου 20% πιο αμυδροί από ό,τι αναμενόταν. Εάν η επέκταση του σύμπαντος έχει επιταχυνθεί κατά τη διάρκεια αρκετών δισεκατομμυρίων ετών πριν, τότε, οι υπερκαινοφανείς θα ήταν πολύ πιο μακριά από όσο θεωρούσαν οι αστρονόμοι αρχικά και επομένως θα έπρεπε να εμφανιστούν πιο αμυδροί.

Αλλά άλλοι επιστήμονες ανησύχησαν και διατηρούσαν επιφυλάξεις μήπως η διαγαλαξιακή σκόνη, κι όχι η απόσταση, θα μπορούσε να αποτελέσει την αιτία της εξασθένισης. Ή ίσως αυτές οι εκρήξεις των σουπερνοβών, που έγιναν σε μία εποχή που το Σύμπαν ήταν περίπου 10 δισεκατομμυρίων ετών, ήταν πραγματικά πιο αμυδρές από τους νεώτερους.

Για τον λόγο αυτό ο Riess και οι συνεργάτες του μελέτησαν για διάστημα δύο ετών το φως που εξέπεμπαν έξι υπερκαινοφανείς αστέρες πριν από εννέα έως 11 δισ. χρόνια. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η λαμπρότητα των αστέρων ήταν μεγαλύτερη από ό,τι έδειχνε η μετατόπιση στο κόκκινο. Άρα, την εποχή εκείνη η διαστολή του σύμπαντος επιβραδυνόταν.

Τα αποτελέσματα στηρίζονται στις σχετικές πυκνότητες  της ύλης στο πρώιμο Σύμπαν και τη μυστήρια οντότητα που θεωρήθηκε ότι επιταχύνει την κοσμική επέκταση.

Αυτή η παράξενη οντότητα, που μερικοί κοσμολόγοι καλούν σκοτεινή ενέργεια, αντιτάσσεται στη γνωστή έλξη της βαρύτητας με το να ωθεί τα σώματα μακριά. Η σκοτεινή ενέργεια θεωρείται σταθερή ή έτσι σχεδόν για το μεγαλύτερο μέρος της κοσμικής ιστορίας. Αντίθετα, η πυκνότητα της ύλης, που προκαλεί την βαρυτική έλξη, ήταν πολύ μεγαλύτερη στο παρελθόν επειδή το Σύμπαν ήταν πολύ μικρότερο. Κατά τη διάρκεια των πρώτων δισεκατομμυρίων ετών του σύμπαντος, η πυκνότητα της ύλης ήταν τόσο μεγάλη που η βαρυτική έλξη της θα είχε υπερισχύσει την ώθηση της σκοτεινής ενέργειας.

Το πιο πάνω διάγραμμα δείχνει με ποιο τρόπο η διαστολή του σύμπαντος επιβραδυνόταν και άρχισε πριν 5 δισεκατομμύρια χρόνια να επιταχύνεται η διαστολή του σύμπαντος. Οι ομόκεντροι κόκκινοι κύκλοι δείχνουν πως οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους με ένα βραδύτερο ρυθμό κατά τη διάρκεια των πρώτων 8 περίπου δισ. ετών. Τότε μια μυστηριώδης, σκοτεινή δύναμη υπερίσχυσε της βαρύτητας και άρχισε να ωθεί τους γαλαξίες να απομακρύνονται με ένα ολοένα και πιο γρήγορο ρυθμό, που σημειώνεται με τον πράσινο κύκλο. Οι αστρονόμοι βρήκαν ενδείξεις για την επιβράδυνση του σύμπαντος όταν παρατήρησαν το πιο μακρινό supernova που είχαν δει ποτέ, που η έκρηξη του έγινε τόσο παλιά, που το σύμπαν τότε ακόμη επιβραδυνόταν.

Οι υπερκαινοφανείς που προέρχονται από μια τέτοια εποχή, στην οποία η διαστολή του σύμπαντος επιβραδυνόταν, οφείλουν να εμφανίζονται φωτεινότεροι από τους υπερκαινοφανείς εκείνους που ήταν στην εποχή που το σύμπαν διαστελλόταν σταθερά ή με επιταχυνόμενο ρυθμό. Αντίθετα, η διαγαλαξιακή σκόνη, που μπερδεύει τα αποτελέσματα, θα μπορούσε να κάνει μόνο τους απόμακρους υπερκαινοφανείς να φαίνονται πιο αμυδροί.

Δύο έτη πριν, η ομάδα του Riess ανέφερε ότι οι παρατηρήσεις ενός απλού υπερκαινοφανούς του τύπου 1a -- του πιο απόμακρου που βρέθηκε ποτέ -- αποκάλυψαν, με τη βοήθεια της φωτεινότητας, μια πρωταρχική κοσμική επιβράδυνση. Τώρα, χρησιμοποιώντας την Προηγμένη Φωτογραφική Κάμερα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble για τις έρευνες τους , οι ερευνητές έχουν βρει άλλα 10 μακρινά σουπερνόβα που παρουσιάζουν την ίδια λαμπρότητα.

Τα στοιχεία του Riess είναι τα πρώτα που παρέχουν άμεσες και στέρεες αποδείξεις για μια προηγούμενη φάση επιβράδυνσης του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος, λέει ο Turner.

Αυτό φυσικά το φαινόμενο μπερδεύει τους θεωρητικούς για το τι ακριβώς δημιουργεί την κοσμική επιτάχυνση. Εάν η σκοτεινή ενέργεια δημιουργεί αυτή την ώθηση, οι ερευνητές δεν είναι βέβαιοι για την πηγή του.

Εναλλακτικά, η επιταχυνόμενη διαστολή μπορεί να οφείλεται σε ένα νέο χαρακτηριστικό γνώρισμα της βαρύτητας που γνωστοποιεί την παρουσία του μόνο στις πολύ μεγάλες κλίμακες του παρόντος σύμπαντος.

"Τα νέα στοιχεία υπερκαινοφανών είναι πολύ σημαντικά για μας, επειδή θα βοηθήσουν να αποκαλυφθεί εάν η νέα βαρυτική φυσική είναι μέσα στο παιχνίδι", λέει ένας από τους ιδρυτές της θεωρίας, Georgi Dvali του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης.