Tajemnica ekspansji wszechświata

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Nieco ponad sto lat temu nikt na naszej planecie nie wiedział, że Wszechświat się rozszerza. Ale pomimo wszystkich kłopotów i nieszczęść, jakie przyniósł ludzkości XX wiek, to właśnie ten wiek był naznaczony postępem naukowym i technologicznym. W niewiarygodnie krótkim czasie dowiedzieliśmy się o świecie i Wszechświecie więcej niż kiedykolwiek wcześniej.

Pomysł, że nasz wszechświat rozszerzał się w ciągu ostatnich 13,8 miliardów lat, po raz pierwszy zaproponował belgijski fizyk Georges Lemaitre w 1927 roku. Dwa lata później amerykański astronom Edwin Hubble był w stanie potwierdzić tę hipotezę. Odkrył, że każda galaktyka oddala się od nas i im dalej jest, tym szybciej się to dzieje. Obecnie istnieje wiele sposobów, dzięki którym naukowcy mogą zrozumieć, jak szybko nasz wszechświat się powiększa. Oto tylko liczby, które naukowcy uzyskują w trakcie pomiaru, za każdym razem, gdy okazują się inne. Ale dlaczego?

Największa tajemnica wszechświata

Jak dzisiaj wiemy, istnieje ścisły związek między odległością do galaktyki a szybkością jej oddalania się. Powiedzmy, że galaktyka w odległości 1 megaparseka od naszej planety (jeden megaparsek to w przybliżeniu 3,3 miliona lat świetlnych) oddala się z prędkością 70 kilometrów na sekundę. A galaktyka, która znajduje się nieco dalej, w odległości dwóch megaparseków, porusza się dwa razy szybciej (140 km/s).

Interesujące jest również to, że obecnie istnieją dwa główne podejścia do określania wieku Wszechświata, czy też, z naukowego punktu widzenia, stałej Hubble'a. Różnica między tymi dwiema grupami polega na tym, że jeden zestaw metod patrzy na stosunkowo bliskie obiekty we wszechświecie, a drugi na bardzo odległe. Jednak bez względu na to, jaką metodę zastosują naukowcy, wyniki są za każdym razem inne. Okazuje się, że albo robimy coś źle, albo gdzieś daleko we Wszechświecie dzieje się coś zupełnie nieznanego.

W badaniu opublikowanym niedawno na serwerze preprintów airxiv.org astronomowie badający pobliskie galaktyki zastosowali sprytną metodę pomiaru rozszerzania się wszechświata, zwaną fluktuacjami jasności powierzchni. To wymyślna nazwa, ale zawiera pomysł, który jest intuicyjny.

Wyobraź sobie, że stoisz na skraju lasu, tuż przed drzewem. Ponieważ jesteś bardzo blisko, w polu widzenia widzisz tylko jedno drzewo. Ale jeśli cofniesz się trochę, zobaczysz więcej drzew. A im dalej pójdziesz, tym więcej drzew pojawi się na twoich oczach. To samo dzieje się z galaktykami, które naukowcy obserwują za pomocą teleskopów, ale o wiele bardziej skomplikowane.

Skąd znasz tempo ekspansji Wszechświata?

Aby uzyskać dobre statystyki, astronomowie obserwują galaktyki, które są dość blisko Ziemi, około 300 milionów lat świetlnych lub bliżej. Jednak obserwując galaktyki, należy wziąć pod uwagę pył, galaktyki tła i gromady gwiazd, które można zobaczyć na zdjęciach wykonanych teleskopem.

Wszechświat jest jednak przebiegły. Od lat 90. astronomowie widzieli, że bardzo odległe eksplodujące gwiazdy zawsze znajdowały się dalej, niż wskazywałyby proste pomiary. To doprowadziło ich do przekonania, że wszechświat rozszerza się teraz szybciej niż wcześniej, co z kolei doprowadziło do odkrycia ciemnej energii – tajemniczej siły, która przyspiesza uniwersalną ekspansję.

Jak piszą autorzy pracy naukowej, patrząc na bardzo odległe obiekty, widzimy je takimi, jakimi były w przeszłości, gdy wszechświat był młodszy. Jeśli tempo ekspansji Wszechświata było wówczas inne (powiedzmy 12-13,8 mld lat temu) niż obecnie (mniej niż miliard lat temu), możemy otrzymać dwie różne wartości stałej Hubble'a. A może różne części wszechświata rozszerzają się w różnym tempie?

Ale jeśli tempo ekspansji się zmieniło, to wiek naszego wszechświata wcale nie jest tym, o czym myślimy (naukowcy używają tempa ekspansji wszechświata do śledzenia jego wieku). To z kolei oznacza, że wszechświat ma inny rozmiar, co oznacza, że czas potrzebny na to, aby coś się wydarzyło, również będzie inny.

Jeśli podążysz tym tokiem rozumowania, to w końcu okaże się, że procesy fizyczne, które miały miejsce we wczesnym Wszechświecie, miały miejsce w różnym czasie. Możliwe jest również, że zaangażowane były inne procesy, które wpływają na tempo ekspansji. Ogólnie jest jakiś bałagan. „Z czego wynika, że albo nie rozumiemy wystarczająco dobrze, jak zachowuje się wszechświat, albo mierzymy go nieprawidłowo” – zauważają autorzy badania.

W każdym razie stała Hubble'a jest tematem gorąco dyskutowanym w społeczności astronomicznej. Nowe badanie dodało jednak jeszcze więcej pytań, więc walka z niepewnością będzie długa. Pewnego dnia oczywiście zmieni się nasze rozumienie kosmosu. Ale kiedy tak się stanie, kosmolodzy będą musieli poszukać czegoś innego, o co mogliby się spierać. Co na pewno zrobią.