Οι μετρήσεις κβάζαρ υποδηλώνουν ότι το σύμπαν διαστέλλεται ταχύτερα από ό,τι πιστεύαμε

Η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας φαίνεται να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου και δεν είμαστε πραγματικά σίγουροι γιατί.

Στο άπειρο και πέρα

Η ανακάλυψη ότι το σύμπαν διαστέλλεται ήταν ένα από τα μεγαλύτερα σημεία καμπής στην αστρονομία και στην επιστήμη γενικότερα. Δεν ξέρουμε πόσο μεγάλο είναι το σύμπαν, δεν ξέρουμε καν αν είναι άπειρο ή όχι, αλλά είμαστε πολύ σίγουροι ότι διαστέλλεται. Τα πρώτα στοιχεία προέκυψαν τη δεκαετία του 1920, όταν ο Alexander Friedmann παρήγαγε ένα σύνολο εξισώσεων γνωστών ως εξισώσεις Friedmann, δείχνοντας ότι το σύμπαν μπορεί να διασταλεί. Η θεωρία πήρε πραγματικά ατμό λίγα χρόνια αργότερα, όταν ο Edwin Hubble διαπίστωσε ότι ορισμένοι γαλαξίες φαίνεται να απομακρύνονται από εμάς.

Το Hubble διαπίστωσε επίσης ότι όχι μόνο το σύμπαν διαστέλλεται αλλά και η διαστολή του επιταχύνεται . Αυτό φαινόταν εκπληκτικό εκείνη την εποχή. Όχι μόνο το σύμπαν μεγαλώνει, αλλά μεγαλώνει, γρηγορότερα. Το Hubble υπολόγισε έναν παγκόσμιο ρυθμό διαστολής 500 km/s/Megaparsec, με ένα megaparsec να ισοδυναμεί με 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός. Έτσι, για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός μακρύτερα, η ύλη που βρίσκεστε απομακρύνεται 500 χιλιόμετρα πιο γρήγορα — κάθε δευτερόλεπτο. Οι μεταγενέστερες μετρήσεις βελτίωσαν και μείωσαν σημαντικά αυτήν την τιμή, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει κάποια διαμάχη και αβεβαιότητα. Ωστόσο, οι περισσότερες μελέτες συμφωνούν ότι ο παγκόσμιος ρυθμός επέκτασης είναι περίπου 70 km/s/Megaparsec.

Αλλά γίνεται ακόμα πιο περίεργο. Κατά ειρωνικό τρόπο, ο παγκόσμιος ρυθμός διαστολής ονομάζεται επίσης σταθερά Hubble - όταν είναι κάθε άλλο παρά σταθερός. Όχι μόνο οι διαφορετικές μετρήσεις έχουν ελαφρώς διαφορετικές τιμές, αλλά όταν κοιτάζετε σε διαφορετικά μέρη του σύμπαντος, θα βρείτε επίσης διαφορετικούς ρυθμούς διαστολής.

Για παράδειγμα, το κοντινό σύμπαν, όπως μετρήθηκε από τηλεσκόπια όπως το Hubble και η Gaia, φαίνεται να έχει τιμή 73 km/s/Mpc. Εν τω μεταξύ, όταν το τηλεσκόπιο Planck κοίταξε προς το μακρινό σύμπαν, επέστρεψε με τιμή λίγο κάτω από τα 70 km/s/Mpc. Έτσι, η σταθερά του Hubble φαίνεται να ποικίλλει τόσο στο χρόνο όσο και στο χώρο — τόσο πολύ για να είναι σταθερά.

Εδώ έρχεται η νέα μελέτη — αλλά αντί να ξεκαθαρίζει τα πράγματα, προσθέτει ακόμη περισσότερο μυστήριο.

Το πιο φωτεινό από τα φωτεινότερα

Οι αρχικές μελέτες του Hubble, όπως και πολλές μεταγενέστερες μετρήσεις, βασίστηκαν σε κάτι που ονομάζεται μετατόπιση στο κόκκινο. Ουσιαστικά, καθώς το φως ταξιδεύει από την αρχική του πηγή προς εμάς, ο χώρος τεντώνεται και το ίδιο το μήκος κύματος τεντώνεται. Αυτό το τέντωμα μετατοπίζει το μήκος κύματος προς τα πιο κόκκινα μέρη του φάσματος — εξ ου και το όνομα "redshift".

Τώρα, αν θέλετε να κοιτάξετε κάτι πολύ μακρινό, θέλετε μια πολύ ισχυρή πηγή φωτός. Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές εστίασαν στις φωτεινότερες πηγές φωτός:τα κβάζαρ.

Σε μια αστρική συστροφή της μοίρας, οι φωτεινότερες πηγές φωτός πάνε χέρι-χέρι με τα πιο σκοτεινά αντικείμενα στο σύμπαν:τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτές οι μαύρες τρύπες, που πιστεύεται ότι βρίσκονται στο κέντρο όλων των γαλαξιών, περιβάλλονται από έναν αέριο δίσκο συσσώρευσης. Καθώς το αέριο πέφτει προς τη μαύρη τρύπα, απελευθερώνεται ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με απίστευτη ισχύ. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κβάζαρ και μερικά κβάζαρ είναι χιλιάδες φορές πιο φωτεινά από ολόκληρο τον Γαλαξία μας, κάτι που είναι ακριβώς αυτό που θέλετε σε αυτόν τον τύπο μελέτης. Τα κβάζαρ είναι διασκορπισμένα σε όλο το σύμπαν, καθιστώντας τα ιδανικό στόχο για πολλαπλές μετρήσεις.

Αστρονόμοι από το Πανεπιστήμιο Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο και το Universita degli Studi di Firenze στην Ιταλία χρησιμοποίησαν παρατηρήσεις από 1.600 κβάζαρ για να υπολογίσουν τον ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος έως περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη γέννησή του.

Όταν κοιτάτε κάτι που απέχει ένα έτος φωτός, ουσιαστικά κοιτάτε το παρελθόν και βλέπετε αυτό το αντικείμενο όπως ήταν πριν από ένα χρόνο. Σε αυτή την περίπτωση, οι αστρονόμοι κοιτάζουν περίπου 12 δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν. Το περίεργο ήταν ότι οι τιμές που βρήκαν για τους ρυθμούς επέκτασης πριν από 12 δισεκατομμύρια χρόνια ήταν παρόμοιες με τους ρυθμούς επέκτασης που αναφέρθηκαν από προηγούμενες μελέτες που εξέταζαν περιοχές από περίπου 8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Με άλλα λόγια, δύο διαφορετικές εποχές είχαν τον ίδιο ρυθμό επέκτασης, ενώ πραγματικά δεν θα έπρεπε. Δεν υπάρχει τίποτα στο τρέχον οπλοστάσιο της κοσμολογικής γνώσης που θα μπορούσε να το εξηγήσει πειστικά.

Φυσικά, αυτή είναι ακόμα μια πρώιμη μελέτη, η οποία θα διερευνηθεί διεξοδικά και θα αναπαραχθεί — αλλά αν επιβεβαιωθεί, τότε οι αστροφυσικοί θα πρέπει να κάνουν πολλά για να βρουν μια εξήγηση.

Ωστόσο, μια πιθανή λύση, ακόμα εικαστική σε αυτό το σημείο. θα μπορούσε να έχει κάποια σχέση με τη φευγαλέα σκοτεινή ενέργεια, μια θεωρητική μορφή ενέργειας που θεωρείται ότι δρα σε αντίθεση με τη βαρύτητα και ότι καταλαμβάνει ολόκληρο το σύμπαν. Ο επικεφαλής συγγραφέας Dr Guido Risaliti, του Università degli Studi di Firenze, καταλήγει:

Η μελέτη "Κοσμολογικοί περιορισμοί από το διάγραμμα Hubble των κβάζαρ σε υψηλές μετατοπίσεις στο κόκκινο" δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy .