Η συζήτηση εντείνεται για την ταχύτητα διαστολής του σύμπαντος
Αυτή την εβδομάδα, κορυφαίοι ειδικοί στο ρολόι ενός από τους πιο αμφισβητούμενους αριθμούς στον κόσμο -τη σταθερά του Hubble, τον ρυθμό με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν- συγκεντρώθηκαν με την ελπίδα ότι νέες μετρήσεις θα μπορούσαν να δείξουν την έξοδο από μια καταιγίδα στην κοσμολογία.
Καμία τύχη μέχρι στιγμής. Ένα πολυαναμενόμενο νέο κοσμικό κριτήριο, που βασίζεται σε κόκκινους γίγαντες, έχει χρησιμεύσει μόνο για να μπερδέψει τη συζήτηση σχετικά με την πραγματική τιμή της σταθεράς και άλλες μετρήσεις δεν έφεραν καμία επίλυση. «Ήταν το πιο τρελό συνέδριο στο οποίο έχω πάει», είπε ο Daniel Scolnic, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Duke στο Durham της Βόρειας Καρολίνας. "Όλοι ένιωθαν σαν να ήταν σε αυτό το τρενάκι."
Η συνάντηση, στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Kavli στη Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια, ήταν το τελευταίο επεισόδιο σε ένα έπος που εκτείνεται πίσω στη δεκαετία του 1920, όταν ο Edwin Hubble διαπίστωσε ότι όσο πιο μακριά κοιτάζει κανείς στο διάστημα, τόσο πιο γρήγοροι γαλαξίες απομακρύνονται από τη Γη. Από τότε, οι επιστήμονες έχουν αφιερώσει ολόκληρες καριέρες για να βελτιώσουν τον ρυθμό αυτής της ροής, την ομώνυμη σταθερά του Hubble ή H0. Αλλά πρόσφατα, το πρόβλημα έχει σκληρύνει σε μια διεπιστημονική διαμάχη.
Στη μία πλευρά βρίσκονται κοσμολόγοι που συλλέγουν δεδομένα από τις μεγαλύτερες αποστάσεις, όπως ένας χάρτης της μεταλάμψης της Μεγάλης Έκρηξης που καταγράφηκε από τον ευρωπαϊκό δορυφόρο Planck. Συγκρίνουν το φαινομενικό μέγεθος των χαρακτηριστικών σε αυτή τη μεταλάμψη με το πραγματικό τους μέγεθος, όπως προβλέπεται από τη θεωρία, για να υπολογίσουν ένα H0 περίπου 67. Αυτό σημαίνει ότι οι μακρινοί γαλαξίες θα πρέπει να πετούν μακριά από τον Γαλαξία 67 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο ταχύτερα για κάθε επιπλέον αστρονόμο μεγαπαρσεκ. κοιτάξτε έξω στο διάστημα.
Αλλά όταν οι αστρονόμοι κοιτάζουν τους πραγματικούς γαλαξίες, χρησιμοποιώντας λεπτές αλυσίδες συμπερασμάτων για να καλύψουν την απογοητευτική έλλειψη σημαδιών του σύμπαντος, παίρνουν διαφορετικό αριθμό. Τα τελευταία χρόνια, μια ομάδα με επικεφαλής τον βραβευμένο με Νόμπελ Adam Riess από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ, έχει καταγράψει τυπικά κεριά:αστροφυσικά αντικείμενα με γνωστή φωτεινότητα, η απόσταση των οποίων μπορεί να υπολογιστεί με βάση το πόσο φωτεινά φαίνονται από τη Γη. Η ομάδα χρησιμοποιεί τις εκρήξεις των σουπερνόβα αστεριών λευκών νάνων ως τυπικούς φάρους για να μετρήσει τις αποστάσεις πολύ έξω στο διογκούμενο σύμπαν. βαθμονομούν τη φωτεινότητα των κοντινών σουπερνόβα παρακολουθώντας μεταβλητά αστέρια, που ονομάζονται κηφείδες, στους ίδιους γαλαξίες. Το φως των άστρων κηρώνει και μειώνεται με ρυθμό που σηματοδοτεί την εγγενή τους φωτεινότητα. Νωρίτερα αυτό το έτος, αυτή η ομάδα, που ονομάστηκε SH0ES, ανέφερε ένα H0 περίπου 74, μια τυπική μέτρηση για την πλευρά των αστρονόμων.
Εάν η ασυμφωνία μεταξύ των κοσμολόγων και των αστρονόμων δεν μπορεί να θεωρηθεί ως ένα λεπτό, κρυφό μεθοδολογικό ελάττωμα, η ίδια η σύγχρονη φυσική θα μπορούσε να αναθεωρηθεί. Οι θεωρητικοί, που σιγοβράζουν το ενδεχόμενο, έχουν αρχίσει να ονειρεύονται κρυμμένα συστατικά στο πρώιμο σύμπαν —νέα σωματίδια ή αλληλεπιδράσεις— που θα μπορούσαν να μπαλώσουν πάνω από τον κόλπο. Αλλά δεν έχουν βρει μια λύση που να μην προκαλεί νέα προβλήματα. Με τόσο υψηλά πονταρίσματα, οι αστρονόμοι συνενώνουν τα κεφάλια τους στη Σάντα Μπάρμπαρα για να διπλασιάσουν και να τριπλασιάσουν το αποτέλεσμα SH0ES σε σχέση με άλλους τρόπους μέτρησης της σταθεράς.
Μια ομάδα που ονομάζεται H0LiCOW βασίστηκε σε βαρυτικούς φακούς, φρικτές κοσμικές ευθυγραμμίσεις όπου το φως από έναν πολύ μακρινό φάρο που τρεμοπαίζει που ονομάζεται κβάζαρ κάμπτεται σε πολλαπλές εικόνες στον ουρανό από τη βαρύτητα ενός άλλου, παρεμβατικού γαλαξία. Κάθε εικόνα σχηματίζεται από το φως που ταξιδεύει κατά μήκος μιας διαφορετικής διαδρομής κατά μήκος του διαστελλόμενου χώρου. Εξαιτίας αυτού, όμως, τα τρεμόπαιγμα δεν φτάνουν όλα στη Γη ταυτόχρονα. Με βάση τις χρονικές καθυστερήσεις και την όχι και τόσο απλή γεωμετρία, η ομάδα υπολόγισε το H0 από έξι διαφορετικά τέτοια συστήματα και κατέληξε σε μια τιμή περίπου 73—«πολύ κοντά» στα αποτελέσματα SH0ES, λέει ο Geoff Chih-Fan Chen, μέλος της ομάδας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis. Η ομάδα δεν έλεγξε τον τελικό της αριθμό -που δημοσιεύτηκε λίγο πριν τη συνάντηση στον διακομιστή προεκτύπωσης arXiv- μέχρι το τέλος της ανάλυσής της για να αποφύγει την προκατάληψη, λέει ο Chen. "Μερικοί άνθρωποι ασυνείδητα θα θέλουν να λάβουν τη σωστή απάντηση."
Ένα σημείο για πιθανή νέα φυσική. Αλλά η συνάντηση έφερε μια ανατροπή. Το πρώτο βράδυ, η ομάδα του Προγράμματος Hubble Carnegie-Chicago, με επικεφαλής τη Wendy Freedman, βετεράνο μετρητή H0 στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο στο Ιλινόις, ανέβασε τη δική της πολυαναμενόμενη εργασία—ήδη αποδεκτή στο The Astrophysical Journal —στο arXiv. Η ομάδα του Freedman προσπάθησε να αναπτύξει έναν νέο τύπο τυπικού κεριού. «Αν βάλουμε όλα τα αυγά μας στο καλάθι των κηφείδων», λέει ο Φρίντμαν, «δεν θα αποκαλύψουμε ποτέ τους άγνωστους μας».
Αντίθετα, η ομάδα της κοίταξε προς ηλικιωμένα, πρησμένα αστέρια που ονομάζονταν κόκκινοι γίγαντες. Αυτά τα αστέρια έχουν ήδη εξαντλήσει το καύσιμο υδρογόνου στην καρδιά τους, μετατρέποντάς το σε έναν πυρήνα ηλίου που κάθεται, αδρανής, καθώς ένα κέλυφος υδρογόνου γύρω από τον πυρήνα συνεχίζει να καίγεται. Το αστέρι, που φαίνεται από μακριά, γίνεται όλο και πιο φωτεινό. Αλλά σε ένα ορισμένο, προβλέψιμο όριο, η θερμοκρασία και η πίεση στον πυρήνα αυξάνονται αρκετά ώστε να καίει ήλιο, επίσης, δημιουργώντας μια εκρηκτική λάμψη ενέργειας που αναδιατάσσει το εσωτερικό του άστρου, προκαλώντας τελικά να αρχίσει να αμυδρά. Βρίσκοντας τους πιο λαμπερούς κόκκινους γίγαντες σε έναν μακρινό γαλαξία—αυτούς που αγγίζουν αυτό το θεωρητικό όριο—η ομάδα θα μπορούσε να τους χρησιμοποιήσει ως τυπικά κεριά για να υπολογίσει τις αποστάσεις και το δικό της H0.
Μια μέρα μετά την εμφάνιση της εφημερίδας, ο Freedman παρουσίασε το αποτέλεσμα στη συνάντηση:ένα εκπληκτικά χαμηλό H0 περίπου 70. «Σίγουρα ένιωσα σαν πτώση άλμπουμ», λέει ο Scolnic, μέλος της ομάδας SH0ES. Η αξία ήταν κολλημένη μεταξύ των ανταγωνιστικών πλευρών - και ευνόησε ελαφρώς τους κοσμολόγους. "Έχει κάνει τουλάχιστον μερικούς ανθρώπους να σταματήσουν για ένα δευτερόλεπτο και να πουν, "Λοιπόν, ίσως δεν είναι τόσο ξεκάθαρο", λέει ο Freedman.
Η ομάδα SH0ES είχε μαζευτεί μαζί μόλις κυκλοφόρησε το χαρτί της Freedman και τα μέλη ήταν έτοιμα να αμφισβητήσουν μερικές από τις υποκείμενες εγκαταστάσεις της ομάδας της μετά την ομιλία της. Τόνισαν επίσης μια τριάδα άλλων, αν και λιγότερο ακριβών, αποτελεσμάτων του Hubble που έκαναν το ντεμπούτο τους στη Σάντα Μπάρμπαρα που βασίζονται σε ανεξάρτητες αστροφυσικές έννοιες—σύννεφα νερού που περιβάλλουν τα κέντρα μακρινών γαλαξιών, άλλα είδη μεταβλητών αστεριών και τον ρυθμό με τον οποίο οι φωτεινότητες των γαλαξιών πέφτουν από το κέντρο τους μέχρι την άκρη τους.
Μια συνδυασμένη μέτρηση που υπολόγισε τον μέσο όρο όλων αυτών των αστρονομικών αποτελεσμάτων μαζί εξακολουθούσε να έδωσε μια τιμή 73. Εκτός και αν κρυφές προκαταλήψεις εξακολουθούν να κρύβονται στα δεδομένα, το χάσμα μεταξύ αυτής της τιμής και του χαμηλότερου αριθμού των κοσμολόγων παραμένει κοντά ή πάνω από το 5σ στατιστικό πρότυπο που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να διαιρέσουν πιθανές από την πραγματική συμφωνία.
Στο μυαλό του Riess, τουλάχιστον, οι αστρονόμοι πλησιάζουν σε μια συναίνεση ότι ο κόλπος Hubble υπογραμμίζει μια πραγματική διαφορά μεταξύ του αρχαίου και του πιο πρόσφατου σύμπαντος. «Έχετε μείνει με ένα πρόβλημα, ασυμφωνία, κρίση», λέει ο Riess. "Το μεγαλύτερο επιχείρημα στη συνάντηση, σκέφτηκα, ήταν για το ποια λέξη να χρησιμοποιήσω."
Η δική του ψήφος; Κρίση.
