Universul s-a dovedit a fi greșit

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Cosmologii se confruntă cu o problemă științifică serioasă, care indică imperfecțiunea cunoștințelor umane despre Univers. Complexitatea se referă la un lucru aparent banal precum rata de expansiune a Universului. Faptul este că diferite metode indică semnificații diferite - și până acum nimeni nu poate explica ciudata discrepanță.

Misterul cosmic

În prezent, modelul cosmologic standard „Lambda-CDM” (ΛCDM) descrie cel mai precis evoluția și structura universului. Conform acestui model, universul are o constantă cosmologică pozitivă diferită de zero (termen lambda) care provoacă o expansiune accelerată. În plus, ΛCDM explică structura observată a CMB (fondul cosmic cu microunde), distribuția galaxiilor în Univers, abundența hidrogenului și a altor atomi de lumină și însăși rata expansiunii în vid. Cu toate acestea, o discrepanță serioasă în rata de expansiune poate indica necesitatea unei schimbări radicale a modelului.

Fizicianul teoretician Vivian Poulin de la Centrul Național Francez pentru Cercetări Științifice și Laboratorul pentru Univers și Particule din Montpellier susține că aceasta înseamnă următorul lucru: s-a întâmplat ceva important în universul tânăr despre care nu știm încă. Poate că a fost un fenomen asociat cu un tip necunoscut de energie întunecată sau cu un nou tip de particule subatomice. Dacă modelul ia în calcul, discrepanța va dispărea.

În pragul unei crize

Una dintre modalitățile de a determina rata de expansiune a Universului este studierea fundalului cu microunde - radiația relicvă care a apărut la 380 de mii de ani după Big Bang. ΛCDM poate fi folosit pentru a deriva constanta Hubble prin măsurarea fluctuațiilor mari ale CMB. Sa dovedit a fi egal cu 67, 4 kilometri pe secundă pentru fiecare megaparsec, sau aproximativ trei milioane de ani lumină (la o astfel de viteză, obiectele diverg unele de altele la o distanță adecvată). În acest caz, eroarea este de numai 0,5 kilometri pe secundă pe megaparsec.

Dacă obținem aproximativ aceeași valoare folosind o metodă diferită, atunci aceasta va confirma validitatea modelului cosmologic standard. Oamenii de știință au măsurat luminozitatea aparentă a lumânărilor standard - obiecte a căror luminozitate este întotdeauna cunoscută. Astfel de obiecte sunt, de exemplu, supernove de tip Ia - pitice albe care nu mai pot absorbi materia din stele mari însoțitoare și nu mai pot exploda. Prin luminozitatea aparentă a lumânărilor standard, puteți determina distanța până la acestea. În paralel, puteți măsura deplasarea către roșu a supernovelor, adică deplasarea lungimilor de undă ale luminii către regiunea roșie a spectrului. Cu cât este mai mare deplasarea către roșu, cu atât este mai mare viteza cu care obiectul este îndepărtat de la observator.

Astfel, devine posibilă determinarea ratei de expansiune a Universului, care în acest caz se dovedește a fi egală cu 74 de kilometri pe secundă pentru fiecare megaparsec. Acest lucru nu se potrivește cu valorile obținute de la ΛCDM. Cu toate acestea, este puțin probabil ca o eroare de măsurare să poată explica discrepanța.

Potrivit lui David Gross de la Institutul Kavli pentru Fizică Teoretică de la Universitatea din California, Santa Barbara, în fizica particulelor, o astfel de discrepanță nu ar fi numită o problemă, ci o criză. Cu toate acestea, un număr de oameni de știință nu au fost de acord cu această evaluare. Situația a fost complicată de o altă metodă, care se bazează tot pe studiul Universului timpuriu, și anume, oscilațiile acustice barionice - oscilații în densitatea materiei vizibile care umple Universul timpuriu. Aceste vibrații sunt cauzate de undele acustice de plasmă și sunt întotdeauna de dimensiuni cunoscute, făcându-le să arate ca niște lumânări standard. Combinate cu alte măsurători, dau constanta Hubble în concordanță cu ΛCDM.

Model nou

Există posibilitatea ca oamenii de știință să fi făcut o greșeală când au folosit supernove de tip Ia. Pentru a determina distanța până la un obiect îndepărtat, trebuie să construiți o scară de distanță.

Prima treaptă a acestei scări este Cefeidele - stele variabile cu o relație precisă perioadă-luminozitate. Cefeidele pot fi folosite pentru a determina distanța până la cea mai apropiată supernove de tip Ia. Într-unul dintre studii, în locul Cefeidelor, s-au folosit giganți roșii, care la un anumit stadiu al vieții ating luminozitatea maximă - este același pentru toate giganții roșii.

Ca rezultat, constanta Hubble s-a dovedit a fi de 69,8 kilometri pe secundă pe megaparsec. Nu există criză, spune Wendy Freedman de la Universitatea din Chicago, unul dintre autorii lucrării.

Dar această afirmație a fost pusă sub semnul întrebării. Colaborarea H0LiCOW a măsurat constanta Hubble folosind lentile gravitaționale, un efect care apare atunci când un corp masiv curbează razele de la un obiect îndepărtat în spatele lui. Aceștia din urmă ar putea fi quasari - nucleele galaxiilor active alimentate de o gaură neagră supermasivă. Datorită lentilelor gravitaționale, pot apărea simultan mai multe imagini ale unui quasar. Măsurând pâlpâirea acestor imagini, oamenii de știință au obținut o constantă Hubble actualizată de 73,3 kilometri pe secundă pe megaparsec. În același timp, oamenii de știință până în ultimul nu au cunoscut rezultatul posibil, ceea ce exclude posibilitatea fraudei.

Rezultatul măsurării constantei Hubble din masere naturale formate atunci când gazul se rotește în jurul unei găuri negre s-a dovedit a fi de 74 de kilometri pe secundă pe megaparsec. Alte metode au dat 76,5 și 73,6 kilometri pe secundă pe megaparsec. Probleme apar și în măsurarea distribuției materiei în Univers, deoarece lentila gravitațională oferă o valoare diferită în comparație cu măsurătorile fondului cu microunde.

Dacă se dovedește că discrepanța nu se datorează erorilor de măsurare, atunci va fi necesară o nouă teorie pentru a explica toate datele disponibile în prezent. O soluție posibilă este schimbarea cantității de energie întunecată care provoacă expansiunea accelerată a universului. Deși majoritatea oamenilor de știință sunt în favoarea reușirii fără actualizarea fizicii, problema rămâne nerezolvată.