V roku 1920 Edwin Hubble urobil priekopnícke odhalenie, že vesmír bol v stave expanzie. Toto potvrdenie, ktoré sa pôvodne predpokladalo ako dôsledok Einsteinovej teórie všeobecnej relativity, viedlo k tomu, čo sa stalo známym ako Hubbleov konštant. V zabezpečujúcich desaťročiach a vďaka nasadeniu ďalekohľadov novej generácie - napríklad vhodne nazvaného Hubbleov vesmírny teleskop (HST) - boli vedci nútení tento zákon revidovať.
V krátkosti, v posledných niekoľkých desaťročiach, schopnosť vidieť ďalej do vesmíru (a hlbšie do času) umožnila astronómom robiť presnejšie merania toho, ako rýchlo sa raný vesmír rozširoval. A vďaka novému prieskumu, ktorý sa uskutočnil pomocou Hubbleovho teleskopu, bol medzinárodný tím astronómov doteraz schopný vykonať najpresnejšie merania miery expanzie vesmíru.
Tento prieskum vykonal tím Supernova H0 pre štátnu rovnicu (SH0ES), medzinárodná skupina astronómov, ktorá sa od roku 2005 snaží spresniť presnosť Hubbleovho konštanta. Túto skupinu vedie Adam Reiss of the Space Telescope Science Institute (STScI) a Johns Hopkins University a sú členmi Amerického prírodovedného múzea, Inštitútu Neilsa Bohra, Národného observatória optickej astronómie a mnohých prestížnych univerzít a výskumných inštitúcií.
Štúdia, ktorá popisuje ich zistenia, sa nedávno objavila v roku 2005 The Astrofyzical Journal pod názvom „Vzdialenosti typu Ia Supernova pri červený posun> 1,5 od Hubbleov vesmírny teleskop Programy štátnej pokladnice s viacerými cyklami: miera predčasného rozšírenia “. V záujme štúdia a v súlade s ich dlhodobými cieľmi sa tím snažil skonštruovať nový a presnejší „rebrík na diaľku“.
Tento nástroj je spôsob, akým astronómovia tradične merali vzdialenosti vo vesmíre, ktorý spočíva v spoliehaní sa na značky vzdialenosti, ako sú premenné Cepheid - pulzujúce hviezdy, ktorých vzdialenosti možno odvodiť porovnaním ich vnútorného jasu s ich zdanlivým jasom. Tieto merania sa potom porovnávajú so spôsobom, akým sa svetlo z diaľkových galaxií mení, aby sa určilo, ako rýchlo sa priestor medzi galaxiami rozširuje.
Z toho je odvodený Hubbleov konštant. Na zostavenie vzdialeného rebríka vykonal Riess a jeho tím merania paralaxy pomocou Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3) ôsmich novo analyzovaných premenných hviezd Cefeidu v Mliečnej dráhe. Tieto hviezdy sú asi 10-krát ďalej, než akákoľvek predtým študovaná - od 6 000 do 12 000 svetelných rokov od Zeme - a pulzujú v dlhších intervaloch.
Aby sa zaistila presnosť, ktorá by zodpovedala kolísaniu týchto hviezd, tím tiež vyvinul novú metódu, kde Hubble meria pozíciu hviezdy tisíckrát za minútu každých šesť mesiacov počas štyroch rokov. Tím potom porovnal jas týchto ôsmich hviezd so vzdialenejšími Cefeidmi, aby zabezpečil, že budú môcť presnejšie vypočítať vzdialenosti k iným galaxiám.
Pomocou novej techniky dokázal Hubble zachytiť zmenu polohy týchto hviezd vo vzťahu k ostatným, čo všetko nesmierne zjednodušilo. Ako Riess vysvetlila v tlačovej správe NASA:
„Táto metóda umožňuje opakované príležitosti na meranie extrémne malých posunov v dôsledku paralaxy. Meriate rozdiel medzi dvoma hviezdami nielen na jednom mieste na fotoaparáte, ale aj opakovane a tisíckrát, čím sa znižujú chyby v meraní. “
V porovnaní s predchádzajúcimi prieskumami bol tím schopný rozšíriť počet analyzovaných hviezd na vzdialenosti až 10-krát ďalej. Ich výsledky však boli v rozpore aj s výsledkami získanými satelitom Európskej vesmírnej agentúry (ESA) Planck, ktorý od nasadenia v roku 2009 meral kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) - zvyškové žiarenie vytvorené veľkým treskom.
Mapovaním CMB bol Planck schopný sledovať expanziu vesmíru počas raného vesmíru - circa. 378 000 rokov po Veľkom tresku. Planckov výsledok predpovedal, že Hubbleova konštantná hodnota by teraz mala byť 67 kilometrov za sekundu na megaparsec (3,3 milióna svetelných rokov) a nemôže byť vyššia ako 69 kilometrov za sekundu na megaparsec.
Na základe ich prieskumu získal tím spoločnosti Riess hodnotu 73 kilometrov za sekundu za megaparsec, čo je rozdiel 9%. Ich výsledky v podstate naznačujú, že galaxie sa pohybujú rýchlejšie, ako to vyplýva z pozorovania skorého vesmíru. Pretože údaje Hubbleovho teleskopu boli také presné, astronómovia nemôžu vylúčiť medzeru medzi dvoma výsledkami ako chyby v jednom meraní alebo metóde. Ako Reiss vysvetlil:
„Komunita sa skutočne potýka s pochopením významu tejto nezrovnalosti ... Oba výsledky boli testované niekoľkými spôsobmi, takže vylučujú sériu nesúvisiacich chýb. je stále pravdepodobnejšie, že nejde o chybu, ale o znak vesmíru. “
Tieto najnovšie výsledky preto naznačujú, že vo vesmíre môžu pôsobiť niektoré predtým neznáme sily alebo nejaká nová fyzika. Pokiaľ ide o vysvetlenia, Reiss a jeho tím ponúkli tri možnosti, ktoré všetky súvisia s 95% vesmíru, ktoré nevidíme (t. J. Temná hmota a temná energia). V roku 2011 dostali Reiss a ďalší dvaja vedci Nobelovu cenu za fyziku za objav z roku 1998, že vesmír sa zrýchlil.
V súlade s tým naznačujú, že temná energia by mohla s rastúcou silou tlačiť galaxie od seba. Ďalšou možnosťou je, že existuje neobjavená subatomická častica, ktorá je podobná neutrínu, ale namiesto subatomárnych síl interaguje s normálnou hmotou pomocou gravitácie. Tieto „sterilné neutrína“ by sa pohybovali blízko rýchlosti svetla a mohli by sa spoločne nazývať „tmavé žiarenie“.
Akákoľvek z týchto možností by znamenala, že obsah raného vesmíru bol odlišný, a tak nútil prehodnotenie našich kozmologických modelov. V súčasnosti Riess a kolegovia nemajú žiadne odpovede, ale plánujú pokračovať v dolaďovaní svojich meraní. Tím SHOES doteraz znížil neistotu Hubbleovho konštanta na 2,3%.
Je to v súlade s jedným z hlavných cieľov Hubbleovho vesmírneho teleskopu, ktorý mal pomôcť znížiť hodnotu neistoty v Hubbleovom konštante, pre ktorú sa odhady raz menili faktorom 2.
Takže zatiaľ čo tento rozpor otvára dvere novým a náročným otázkam, značne znižuje našu neistotu, pokiaľ ide o meranie vesmíru. Nakoniec to zlepší naše pochopenie toho, ako sa vesmír vyvíjal potom, čo bol vytvorený v ohnivej kataklyzme pred 13,8 miliardami rokov.
