Ako zaista postoji Hablova tenzija, šta je rešenje?

Foto: Tanjug/AP/NASA

Ako merite udaljenost dalekih galaksija u svemiru, primetićete da se kosmos širi tačno određenom brzinom ~74km/s/Mpc. Ako pak želite da izmerite kakav je svemir bio kada je bio veoma mlad, i da odredite kako se svetlost „rastegla” kosmičkim širenjem, dobija se drugi rezultat ~67km/s/Mpc. Neki naučnici i dalje veruju da je istina negde između, oko 70-71km/s/Mpc. Međutim, ako dva tima obavljaju posao kako treba, postavlja se pitanje šta bi mogao biti razlog nejednakih rezultata? Bez obzira kako se pristupa problemu, ako je svačiji metod ispravan, svi bi trebalo da dođu do istog rešenja. Ovo važi kako za male zagonetke koje mi postavljamo jedni drugima na Zemlji, tako i za najdublje tajne koje nam priroda postavlja, piše Big think.

Jedan od najvećih izazova sa kojima smo se uhvatili u koštac jeste kako se svemir širio kroz svoju istoriju od Velikog praska do danas.

Preporučujemo

Pokušajte da zamislite dve toliko različite merne metode, koje bi morale biti validne i dati jednake rezultate. Krenite od početka, razvijajte svemir unapred kroz vreme prema zakonima fizike, a zatim izmerite najranije signale i njihove otiske u svemiru kako biste izmerili njegovo širenje kroz vreme. Suprotno tome, uzmite pojedinačne najudaljenije objekte i posmatrajte njihovo udaljavanje od nas i iz toga izvedite zaključke kako se svemir širio do sada.

Obe metode se oslanjaju na iste zakone fizike, istu teoriju gravitacije, isti kosmički sadržaj i iste jednačine.

Međutim, kada uporedimo rezultate ove dve metode dobijamo potpuno različite rezultate. Ovo je poznato kao Hablova tenzija i verovatno predstavlja najveću zagonetku kosmologije današnjice.

Neki se i dalje nadaju da je odgovor negde između ova dva ekstrema, ali greške u oba istraživanja su zanemarljive i obe grupe smatraju rezultate svojih ispitivanja tačnim. Dakle, ako obe grupe misle da su im odgovori tačni, kako bi se to odnosilo na naše poimanje svemira?

Jedno od najvećih dostignuća moderne astrofizike i kosmologije dolazi direktno iz opšte teorije relativiteta i opšteg shvatanja da je svemir u najvećim kosmičkim razmerama uniforman, odnosno isti na svakom mestu, i izotropan, odnosno isti u svim pravcima. Čim napravimo ove dve pretpostavke, Ajnštajnove jednačine polja, koje opisuju dinamiku prostorvremena i odnose između njega, energije i materije u svemiru, postaju vrlo jednostavna pravila.

Ova pravila nam kažu da svemir ne može biti statičan, mora se ili širiti ili skupljati, i merenje samog kosmosa predstavlja jedini način da odredimo šta je od ova dva istinito. Štaviše, merenje promene stope širenja svemira tokom vremena pokazuje nam šta je sve prisutno u njemu i u kojim količinama. Slično tome, ako znamo kako se svemir širi u svakom trenutku njegovog postojanja, kao i koji oblici materije i energije postoje u njemu, možemo predvideti kako će se širiti u bilo kom trenutku u budućnosti ili prošlosti. Ovo je neverovatno moćno teoretsko oruđe.

Ovo je lanac metoda za merenje razdaljina u svemiru i polazi od radarskog merenja daljine, preko paralakse, relativnog sjaja zvezda, metoda standardnih sveća, kojima se meri daljina dalekih zvezanih objekata, koristeći zvezde promenjivog sjaja poznate kao Kefeidne varijabile, kao osnov za izračunavanje daljine. Za još udaljenije objekte koriste se blistave promene u dalekim galaksijama poput supernova, preko Tuli-Fišerovih odnosa do Hablove konstante. Sve su to metodi za izračunavanje daljina i stepena širenja kosmosa. Svaka metoda je jedan stepenik na lestvici i svaka gleda dalje kroz prostor i vreme. Do nedavno je merenje objekata koji su udaljeni milijardu svetlosnih godina bilo neverovatno komplikovano. Pojavom novijih tehnologija i tehnika osmatranja, kao i sa shvatanjem grešaka koje se mogu pojaviti tokom pojedinačnih merenja, unapređene su metode kosmičke lestvice. Do pre četrdeset godina postojalo je sedam ili osam stepenica na kosmičkoj lestvici, koje su nam merile rastojanja do milijardu svestlosnih godina daleko, sa greškom u merenju sa faktorom 2, odnosno razlike u merenjima su bile ~50-100km/s/Mpc.

Nakon lansiranja teleskopa Habl u orbitu rezultati su bili sa znatno manjom greškom merenja širenja svemira i iznosili su 69-75km/s/Mpc, a broj stepenika na lestvici je oboren na pet.

Danas su dovoljna samo tri stepenika. Merenje daljine do Kefeida paralaksom, potraga za supernovama tipa 1A u obližnjim galaksijama i upoređivanje supernova istog tipa u veoma dalekim galaksijama, omogućava nam da merimo daljine dokle god možemo videti ovakve objekte, što su desetine milijardi svetlosnih godina daleko. Astronomi su uspeli da smanje nivo nesigurnosti ovih merenja na manje od ~1%, tako da sada sa velikom sigurnošću možemo reći da je brzina širenja svemira 73-74km/s/Mpc.

Druga metoda je indirektna i svodi se na posmatranje kosmičke mikrotalasne pozadine (CBM).

Kada je nastupio Veliki prasak, svemir je bio skoro savršeno uniforman. Temperatura i gustina su bile identične u svim pravcima i na svim mestima sa 99,997% preciznosti. Međutim imamo i onih malenih 0,003 nesavršenosti.

Dinamički, mesta sa malo većom gustinom privlačila su materiju ka sebi, što je dovelo do gravitacionog rasta i formiranja kosmičke mreže. Međutim, prisustvo dve vrste materije, obične i tamne materije, kao i radijacije koja bi se sudarala sa normalnom, ali ne sa tamnom materijom, izazivala je ono što mi zovemo „akustički vrhovi”, što znači da materja pokušava da kolabira, ali se odbija, stvarajući niz vrhova i dolina u gustinama koje možemo posmatrati na različitim skalama. Dva ovakva vrha i doline se pokazuju u vrlo ranom periodu svemira, na zaostalom sjaju velikog praska koji zovemo kosmička mikrotalasna pozadina.

Kada posmatramo temperaturna odstupanja od tada prosečnih 2725 Kelvina, vidimo da ona odstupaju 0,003%, u velikim kosmičkim razmerama, odnosno, povećavaju se do ~1 stepen na manjim ugaonim razmerama. Potom opet padaju, rastu, padaju, ukupno sedam puta, za sedam akustičkih vrhova. Veličina i razmera ovih vrhova izračunata pomoću CMB iz perioda kada je svemir bio svega 380 hiljada godina star, danas nam stiže zaviseći samo od toga kako se svemir širio od vremena kada je to svetlo emitovano pa do danas 13,8 milijardi godina kasnije.

Oni se pokazuju u velikim skupinama galaksija, gde se početnih ~1 stepen vrh raširio da bi odgovarao daljini od približno 500 miliona svetlosnih godina. Gde imate galaksiju, daleko je veća verovatnoća da ćete naći drugu galaksiju iza nje na udaljenosti ne od 500, nego na 400 ili 600 miliona svetlosnih godina. Koristeći metod standardnog lenjira, astronomskog objekta čija nam je fizička veličina poznata, možemo trigonometrijski izračunati njegovu daljinu od Zemlje, i tako odrediti kako se svemir širio kroz vreme.

Problem sa ovom metodom je taj da dobijamo uvek isti rezultat širenja svemira 67km/s/Mpc, sa nesigurnošću od 0,7km/s/Mpc, ili ~1%.

(Telegraf Nauka/Big think)