Αποδεικνύεται ότι το Καθιερωμένο Μοντέλο της Διαστολής του Σύμπαντος Χρειάζεται μερικές νέες ιδέες
Για άλλη μια φορά μια νέα μέτρηση της κοσμικής διαστολής ενθαρρύνει τους αστρονόμους να επανεξετάσουν το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο. Το πρόβλημα είναι η σταθερά του Hubble και η σκοτεινή ενέργεια. Ενώ έχουμε μια ευρεία κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας, ο προσδιορισμός της τιμής της σταθεράς Hubble ήταν ένα πρόβλημα, καθώς οι διαφορετικές μετρήσεις συνεχίζουν να δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα. Τώρα δημοσιεύτηκε μια νέα μελέτη που περιπλέκει περαιτέρω τα πράγματα.
Το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας είναι γνωστό ως μοντέλο Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Η λάμδα αντιπροσωπεύει την κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν στη θεωρία της σχετικότητας. Αυτή η σταθερά είναι ένας άλλος τρόπος γραφής της σταθεράς Hubble. Στο τυπικό μοντέλο, η κοσμική διαστολή είναι μια εγγενής ιδιότητα του χώρου και του χρόνου και η τιμή της σταθεράς Hubble μας δίνει τον κοσμικό ρυθμό της.
Μετρώντας την ερυθρή μετατόπιση ενός μακρινού γαλαξία. Πίστωση: NASA, ESA και C. Christian and Z. Levay (STScI)
Εάν το τυπικό μοντέλο είναι σωστό, τότε η σταθερά Hubble θα πρέπει να έχει μια μοναδική τιμή. Είναι απλώς θέμα προσδιορισμού του τι είναι. Και εδώ βρίσκεται το πρόβλημα. Ο αρχικός τρόπος για να βρείτε την αξία είναι ο τρόπος Το Hubble το έκανε. Απλώς συγκρίνετε την απόσταση ενός γαλαξία όπως καθορίζεται από μεταβλητά αστέρια ή σουπερνόβα με την ερυθρή μετατόπιση του γαλαξία, η οποία μας λέει τη σχετική κίνηση του γαλαξία σε εμάς. Η τρέχουσα τιμή αυτής της μεθόδου είναι περίπου 71 – 75 (km/s)/Mpc.
Μια άλλη κοινή μέθοδος εξετάζει το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB). Αυτό το απομεινάρι της λάμψης της μεγάλης έκρηξης έχει μικρές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας σε ορισμένες κλίμακες. Προκλήθηκαν από το σχηματισμό τους κατά τη διάρκεια της καυτής πυκνής κατάστασης του πρώιμου σύμπαντος και εξαπλώθηκαν καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν. Μετρώντας την κλίμακα στην οποία αυτές οι διακυμάνσεις είναι πιο συχνές, μπορούμε να προσδιορίσουμε το ρυθμό της κοσμικής διαστολής. Αυτή η μέθοδος δίνει μια τιμή Hubble περίπου 67 – 68 (km/s)/Mpc.
Το φάσμα ισχύος CMB που δείχνει την κλίμακα των διακυμάνσεων. Πίστωση: Nolta et al
Αυτά τα δύο αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους. Στους αστρονόμους αρέσει να λένε ότι τα αποτελέσματα είναι σε ένταση μεταξύ τους, αλλά αυτός είναι απλώς ένας φανταχτερός τρόπος να πούμε ότι διαφωνούν ευθέως. Αλλά αυτές είναι μόνο δύο μέθοδοι, επομένως οι αστρονόμοι έχουν αναζητήσει άλλους τρόπους για να μετρήσουν τη σταθερά Hubble, με την ιδέα ότι θα πρέπει να αρχίσουν να συγκεντρώνονται γύρω από μια κοινή τιμή. Νωρίτερα αυτό το μήνα έγραψα για μια μέθοδο που χρησιμοποίησε τη συσσώρευση γαλαξιών σε μεγάλες κλίμακες , γνωστές ως Baryon Acoustic Oscillations (BAO). Έδωσε ένα αποτέλεσμα που συμφωνούσε με τη μέθοδο σουπερνόβα.
Αυτή η νέα μελέτη είναι ένας τέταρτος τρόπος μέτρησης της σταθεράς Hubble. Κοιτάζει το φως από τα αστρονομικά μέιζερ. Ένα μέιζερ ή MASER είναι η διεγερμένη εκπομπή φωτός μικροκυμάτων. Είναι ακριβώς όπως ένα λέιζερ, αλλά με φως ραδιοφώνου μικροκυμάτων αντί για ορατό φως, και όπως τα λέιζερ, τα μέιζερ εκπέμπουν φως που είναι εξαιρετικά συνεκτικό και μονοχρωματικό. Αυτό επιτρέπει στους αστρονόμους να κάνουν εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις μετατόπισης προς το κόκκινο. Τα αστρονομικά μέιζερ παράγονται από το νερό που περιστρέφεται γύρω από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες των γαλαξιών, επομένως σας δίνουν την ερυθρή μετατόπιση του γαλαξία.
Εικόνα Hubble ενός δίσκου προσαύξησης μαύρης τρύπας σε σύγκριση με την ραδιοεικόνα του ALMA. Η εσφαλμένη έγχρωμη εικόνα ALMA δείχνει τη μετατόπιση Doppler λόγω της περιστροφής του δίσκου. Πίστωση: A. Barth (UCI), ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)
Δίνουν επίσης στους αστρονόμους την απόσταση του γαλαξία. Το νερό περιφέρεται γύρω από τη μαύρη τρύπα ως μέρος του δίσκου προσαύξησης, έτσι η μία πλευρά του δίσκου περιφέρεται προς το μέρος μας, ενώ η άλλη πλευρά περιφέρεται μακριά από εμάς. Έτσι, όχι μόνο υπάρχει μια συνολική ερυθρή μετατόπιση του γαλαξία, υπάρχει μια σχετική μετατόπιση μπλε και ερυθρή μετατόπιση και στις δύο πλευρές της μαύρης τρύπας. Η μέτρηση του πλάτους μεταξύ των δύο πλευρών μας δίνει το φαινομενικό μέγεθος του δίσκου προσαύξησης και η τροχιακή ταχύτητα μας δίνει το πραγματικό μέγεθος. Συγκρίνοντας τα δύο μας δίνει την απόσταση της μαύρης τρύπας, άρα και του γαλαξία.
Αυτή η μέθοδος μέιζερ μας δίνει τις ίδιες μετρήσεις με τη μέθοδο σουπερνόβα, αλλά είναι εντελώς ανεξάρτητη. Το αποτέλεσμα της maser είναι 72 – 77 (km/s)/Mpc. Ενώ αυτό το αποτέλεσμα επικαλύπτεται με τη μέθοδο σουπερνόβα, είναι ακόμη πιο μακριά από τη μέθοδο CMB. Αντί να συγκεντρώνονται γύρω από μια ενιαία τιμή, οι νέες μέθοδοι φαίνεται να διευρύνουν το χάσμα μεταξύ των αποτελεσμάτων.
Σε αυτό το σημείο, δεν μπορούμε να παρακάμψουμε το γεγονός ότι κάτι δεν πάει καλά με το τυπικό μοντέλο. Η απάντηση είναι εκεί έξω, αλλά προς το παρόν, συνεχίζει να μας υπαινίσσεται.
Αναφορά:Fish, D. W., et al. ' Το έργο κοσμολογίας του megamaser. XIII. Συνδυασμένοι σταθεροί περιορισμοί Hubble .The Astrophysical Journal Letters891.1 (2020): L1.