Βαρυτικοί φακοί υποστηρίζουν ότι η διαστολή του σύμπαντος γίνεται ταχύτερα από όσο πιστεύαμε

Με τη χρήση πέντε κοντινών μας γαλαξιών, ως γιγάντιους βαρυτικούς φακούς, η διεθνής ομάδα αστρονόμων H0LiCOW χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble υπολόγισε με μία ανεξάρτητη μέτρηση την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Ο ρυθμός διαστολής της νέας μέτρησης για το τοπικό Σύμπαν είναι σύμφωνο με τα προηγούμενα ευρήματα. Ωστόσο το ενδιαφέρον κρύβεται στην διαφωνία της νέας μέτρησης με αυτές του πρώιμου σύμπαντος, με τη βοήθεια της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, δηλαδή το «απολίθωμα» της ακτινοβολίας που εξέπεμπε το σύμπαν όταν είχε ηλικία μόλις 380.000 έτη.  Κι αυτό παραπέμπει σε ένα θεμελιώδες πρόβλημα στην καρδιά της κατανόησης που έχουμε για το σύμπαν.

quasar

Το κβάζαρ HE0435-1223, (δηλαδή εξαιρετικά φωτεινός γαλαξιακός πυρήνας) που βρίσκεται στο κέντρο αυτής της εικόνας, είναι ένα από τα πέντε καλύτερα κβάζαρ που δρουν σαν βαρυτικοί φακοί, που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα. Ο γαλαξίας που είναι μπροστά δημιουργεί τέσσερις σχεδόν ομοιόμορφες κατανεμημένες εικόνες του μακρινού κβάζαρ γύρω από αυτόν.

Τώρα, μία καινούρια μελέτη από τη διεθνή κοινοπραξία H0LiCOW έρχεται να επιβεβαιώσει αυτή την ασυμφωνία, δείχνοντας ότι υπάρχει μία θεμελιώδης ανεπάρκεια στον τρόπο που κατανοούμε το σύμπαν.  Όπως και οι προηγούμενες μετρήσεις, έτσι και η μελέτη της κοινοπραξίας H0LiCOW υπολογίζει την τιμή της σταθεράς του Hubble, όπως ονομάζεται η παράμετρος που αντιπροσωπεύει τον ρυθμό της συμπαντικής διαστολής.

Οι εκτιμήσεις της σταθεράς του Hubble έχουν αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. Οι αρχικές τιμές ήταν πολύ υψηλές, και οι προσεγγίσεις έχουν βελτιωθεί πάρα πολύ από την πρώτη μέρα λειτουργίας του Hubble. Μια νέα ανακοίνωση που δημοσιεύθηκε στο Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας δείχνει ότι η τελευταία τιμή έχει μια ακρίβεια στο 3,8 τοις εκατό.

Κάμψη των ακτίνων ενός μακρυνού κβάζαρ από ενδιάμεσο γαλαξία

Τα δεδομένα που λήφθηκαν τόσο από τηλεσκόπια στη Γη όσο και στο διάστημα, χρησιμοποιήθηκε για να εξετάσουν την επίδραση της βαρύτητας εστιασμού ανάμεσα σε τρεις μεγάλους γαλαξίες σφηνωμένους ανάμεσα σε ένα μακρινό κβάζαρ και τον πλανήτη Γη.  Η μέθοδός τους είναι ένας απλός  και άμεσος τρόπος μέτρησης της σταθεράς του Hubble, αφού χρησιμοποιεί μόνο τη γεωμετρία και τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, χωρίς καμία άλλη παραδοχή.

Όπως είναι γνωστό το φως από τα μακρινά κβάζαρ κάμπτεται γύρω από τους γαλαξίες από τους οποίους περνάει, δημιουργώντας έτσι πολλαπλές εικόνες του κβάζαρ υπόβαθρου.

Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ότι η μάζα αναγκάζει το φως να κάμπτεται: η τροχιά του φωτός κάμπτεται από τα βαρυτικά πεδία των αντικειμένων, δίπλα από τα οποία διέρχεται. Δεδομένου ότι η κατανομή της μάζας γύρω από τα γύρω γαλαξίες είναι διαφορετική, κάποιο φως κάμπτεται περισσότερο και χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να φτάσει στη Γη.

Η σχέση μεταξύ των χρονικών καθυστερήσεων και της απόστασης των γαλαξιών επιτρέπει στους ερευνητές να καταλήξουν σε μια νέα τιμή για τη σταθερά του Hubble.

measured_distancesΠροηγούμενες μετρήσεις που προέρχονται από το Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων (CMB) δείχνουν την σταθερά Hubble από το διαστημικό παρατηρητήριο Planck να είναι 67,8 ± 0,9 km/sec και ανά μεγαπαρσέκ – χαμηλότερο από εκείνο που υπολογίζεται από την ομάδα H0LiCOW σε 71,9 ± 2,7 km/sec και ανά μεγαπαρσέκ.

"Όταν οι άνθρωποι χρησιμοποιούν το Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων  CMB από τον δορυφόρο Planck, είναι σε θέση να ταιριάξουν τα δεδομένα τους με ένα σχετικά απλό μοντέλο – το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας. Αλλά σε αυτά τα πειράματα της CMB δεν μας δίνουν  από μόνα τους την σταθερά του Hubble.  Αν κοιτάξετε τα νέα αποτελέσματά μπορούν να μας δώσουν πολύ ακριβείς μετρήσεις της σταθεράς του Hubble με βάση το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας," δήλωσε ο καθηγητής Christopher Fassnacht, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis.

Η σταθερά του Hubble εξαρτάται από τις ειδικές ιδιότητες του σύμπαντος. Αλλαγές στις παραμέτρους – όπως ο αριθμός των τύπων των νετρίνων, ή τη μάζα τους, ή την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας – δίνουν μια διαφορετική εικόνα του σύμπαντος και αλλάζουν την σταθερά Hubble.

Οι μικρές αποκλίσεις των μετρούμενων τιμών της σταθεράς του Hubble θα μπορούσαν να σημαίνουν ότι οι υποθέσεις στο καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας είναι λάθος, εξήγησε ο Christopher Fassnacht. Θα μπορούσε να σημαίνει ότι υπάρχει κάτι άλλο πέρα ​​από το καθιερωμένο μοντέλο, που οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμα.

“Η σταθερά του Hubble είναι ζωτικής σημασίας για τη σύγχρονη αστρονομία, καθώς μπορεί να βοηθήσει για να επιβεβαιωθεί ή να διαψευσθεί αν η εικόνα μας για το Σύμπαν – που αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια, σκοτεινή ύλη και ανονική ύλη – είναι σωστή, ή αν λείπει κάτι βασικό,” είπε η καθηγήτρια Sherry Suyu, συγγραφέας της εργασίας και ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Max Planck για την Αστροφυσική.

Το αποτέλεσμα του H0LiCOW είναι πιο κοντά στην τιμή που υπολογίστηκε από την τριάδα των φυσικών που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 2011 για την διαστολή του σύμπαντος που γίνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Πηγή

Advertisements