Naukowcy mają do dyspozycji dwie równie wiarygodne metody pomiaru tej samej wartości – i obie dają... różne wyniki. To właśnie słynne "napięcie Hubble'a", czyli jeden z największych obecnie problemów współczesnej kosmologii. Badacze z University of Waterloo zaproponowali naprawdę ciekawą metodę pomiaru stałej Hubble'a, która może w przyszłości pomóc rozwikłać tę niecodzienną zagadkę. Co dokładnie wymyślili?
Napięcie Hubble'a dotyczy różnicy w wynikach pomiarów tempa ekspansji Wszechświata, czyli stałej Hubble'a. Pomiar wykonany metodą lokalną, bazującą na obserwacjach pobliskich cefeid oraz supernowych typu Ia – daje wartość około 73 km/s/Mpc. Natomiast metoda oparta na mikrofalowym promieniowaniu tła wskazuje na około 67 km/s/Mpc. Różnica jest na tyle duża, że według naukowców jej przypadkowe wystąpienie jest praktycznie niemożliwe.
Skąd owa rozbieżność? To nie efekt błędu badaczy. Metoda lokalna opiera się na dokładnych pomiarach jasności i odległości do bliskich obiektów, natomiast ta z wykorzystaniem CMB bazuje na "horyzoncie dźwięku" – odległości pokonanej przez fale dźwiękowe we wczesnym Wszechświecie. Każda z tych metod opiera się na nieco innych założeniach i... właśnie te założenia mogą być kluczem do zrozumienia problemu. Niektóre teorie sugerują, że może to oznaczać potrzebę rewizji samego modelu kosmologicznego, na którym bazują dotychczasowe obserwacje.
Aby obejść ograniczenia istniejących metod, zespół dr. Alexa Krolewskiego opracował nieco inne podejście. Zamiast polegać na horyzoncie dźwięku, naukowcy skoncentrowali się na obserwacjach struktur wielkoskalowych z niskim przesunięciem ku czerwieni. Podstawą ich metody jest pomiar frakcji barionowej – stosunku zwykłej materii (barionów) do całkowitej materii we wszechświecie, obejmującej także ciemną materię.
Metoda łączy cztery niezależne pomiary: fizyczną gęstość fotonów, stosunek barionów do fotonów z obserwacji pierwotnej obfitości deuteru, frakcję barionową określoną na podstawie amplitudy barionowych oscylacji akustycznych w gromadach galaktyk oraz geometryczną gęstość materii z pomiarów Alcocka-Paczyńskiego. Tak powstaje spójny obraz całkowitej gęstości energii wszechświata, bez konieczności opierania się na horyzoncie dźwięku.
Naukowcy przetestowali ową metodę na danych ze Sloan Digital Sky Survey (BOSS DR12), uzyskując wartość stałej Hubble'a 67,1 km/s/Mpc, lecz nie rozstrzyga to jednoznacznie "konfliktu". Ważne jednak jest, że metoda ta okazała się wyjątkowo odporna na potencjalne błędy systematyczne.
Nowa metoda jest ważnym osiągnięciem, choć nie dostarcza jeszcze ostatecznego rozwiązania problemu. Jej siłą jest odporność na błędy systematyczne oraz unikanie założeń związanych z modelem ΛCDM. Tak badacze mogą uzyskać bardziej uniwersalny i precyzyjny pomiar stałej Hubble'a w przyszłości. Potencjalnie otwiera to drogę do nowego spojrzenia na naturę ciemnej materii i energii, które nadal pozostają jednymi z największych tajemnic współczesnej fizyki.
Największe nadzieje pokładane są w nadchodzących misjach DESI oraz Euclid. Owe projekty zapewnią pomiary BAO z ogromną dokładnością, pozwalając jeszcze bardziej precyzyjnie określić stałą Hubble'a. Możliwe, że wówczas ostatecznie dowiemy się, czy konieczna jest modyfikacja obowiązującego modelu kosmologicznego lub czy mamy do czynienia z czymś, czego dotychczas nie braliśmy pod uwagę.
Czytaj również: Czarne dziury mogą pomóc rozwiązać problem „napięcia Hubble’a”!
Historia "napięcia Hubble'a" pokazuje, jak ważne jest kwestionowanie ustalonych założeń i otwartość na innowacje naukowe — także i w środowisku naukowym. Kosmologia znajduje się obecnie na progu rewolucyjnych odkryć, które mogą wywrócić wiele rzeczy do góry nogami. Nauka rozwija się dzięki temu, że dzielnie podważamy dotychczasowe przekonania i nieustannie szukamy nowych metod i narzędzi do badania naszej rzeczywistości. Na razie (jeszcze) zagadka stałej Hubble'a pozostaje nierozwiązana, niemniej nowe metody dają nadzieję na rozstrzygnięcie tego problemu. Jeszcze nie teraz, ale kiedyś — na pewno.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
