Teleskopy Hubble’a i Webba zmierzyły tempo rozszerzania się Wszechświata. I mamy problem

W tym artykule:

1. Jak policzyć tempo rozszerzania się Wszechświata?
2. Różne tempa rozszerzania się Wszechświata
3. Nie rozumiemy Wszechświata?

Ile lat ma Wszechświat? Na to pytanie przybliżoną odpowiedź znamy dopiero od niedawna. Zanim w 1990 r. prom Discovery wyniósł na orbitę Teleskop Hubble’a, naukowcy mogli korzystać tylko z naziemnych teleskopów. Szacowali wtedy, że kosmos ma między 10 a 20 mld lat.

Dzięki Teleskopowi Hubble’a wszystko się zmieniło. Wynik udało się uściślić, dochodząc do obecnego konsensusu: Wszechświat ma 13,8 mld lat. Astronomów czekała jednak niespodzianka. Okazało się, że kosmos nie tylko się rozszerza, ale rozszerza się coraz szybciej. Odkrycie to zostało nagrodzone Noblem z fizyki w 2011 r. Jednym z naukowców uhonorowanych wówczas nagrodą był amerykański astrofizyk Adam Riess.

W najnowszym numerze czasopisma „The Astrophysical Journal Letters” ukazał się nowy artykuł zespołu prof. Riessa. Astronomowie użyli Teleskopu Webba, by potwierdzić starsze obserwacje Hubble’a i wyliczoną na ich podstawie stałą. Na pozór wszystko się zgadzało. Dzięki ultranowoczesnemu Webbowi uzyskano taki sam wynik, jak z użyciem Hubble’a. Tempo rozszerzania się Wszechświata wynosi ok. 73 km na sekundę na megaparsek.

Niestety, to jeden z tych przypadków w nauce, kiedy potwierdzenie starszych obliczeń nowszymi rodzi poważny kłopot.

Jak policzyć tempo rozszerzania się Wszechświata?

Do policzenia, jak szybko powiększa się kosmos, służą dwa rodzaje metod. Obserwacje Hubble’a i Webba stosowane są w pierwszej z nich. To metoda wykorzystująca tzw. drabinę odległości. Astronomowie mierzą kilkoma sposobami odległość do różnych obiektów w kosmosie. Są to cefeidy, czyli gwiazdy zmienne pulsujące, albo supernowe. Najpierw oblicza się dystans do cefeid w Drodze Mlecznej, potem położonych dalej – np. w galaktyce Andromedy, później zaś jeszcze dalej, w najbardziej odległych galaktykach.

Jednak istnieje jeszcze inny sposób wyznaczenia stałej Hubble’a. Polega on na ustaleniu, jaka powinna być jej wartość na podstawie obserwacji pochodzących z najwcześniejszego Wszechświata, czyli z promieniowania reliktowego tła. To jest promieniowanie, które pojawiło się w kosmosie ok. 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Wciąż jest obecne we Wszechświecie. Mierząc jego niejednorodności, dochodzi się do stałej Hubble’a.

I tu kryje się problem. Wyznaczona drugą metodą stała Hubble’a wynosi ok. 67 km na sekundę na megaparsek. Czyli jest mniejsza niż stała policzona z drabiny odległości. Dlaczego ta rozbieżność ma znaczenie? Ponieważ tylko mając pewność co do stałej Hubble’a, możemy wiarygodnie wyliczyć wiek Wszechświata.

Różne tempa rozszerzania się Wszechświata

Opisana wyżej rozbieżność znana jest od dawna. I od dawna przyprawia naukowców o ból głowy. Dlaczego stała Hubble’a wyznaczona różnymi metodami jest inna?

Najprostsza odpowiedź na to pytanie brzmi: to efekt ludzkiego błędu. Na razie nie udało się go jednak znaleźć. Druga możliwość: obserwacje wykonane za pomocą Hubble’a są niedokładne. To mogło się przełożyć na ostateczny wynik.

Właśnie tę hipotezę zweryfikował teraz zespół Riessa. Już w zeszłym roku powtórzono część obserwacji Hubble’a, które posłużyły do wyliczenia stałej. Teraz badacze poszerzyli zakres obserwacji. Skierowali Teleskop Webba w stronę galaktyki NGC 5468 odległej o 130 mln lat świetlnych. Znajdujące się w niej cefeidy były najdalszymi obiektami, do których odległość zmierzono, używając Hubble’a.

Rezultat? Hubble okazał się niezawodny. Po zmierzeniu odległości od cefeid w NGC 5468 za pomocą Teleskopu Webba stała Hubble’a mierzona pierwszą metodą nie zmieniła się.

„Powracająca supernowa” może pomóc rozwiązać jedną z zagadek kosmosu: jak szybko rozszerza się Wszechświat?

Ten kosmiczny wybuch naukowcy obserwowali aż pięć razy. Czasami kosmos płatał im figle i obraz supernowej był zwielokrotniony – tak jakby nie była to jedna eksplozja, ale kilka. Dzięki te...

Nie rozumiemy Wszechświata?

To oznacza jednak, że rozbieżność nadal istnieje. I że może mieć źródło znacznie poważniejsze niż błąd ludzki bądź błąd pomiarów. Jakie? Czego jeszcze nie wiemy o kosmosie?

– Objęliśmy teraz cały zakres obserwacji Hubble'a i z bardzo dużą pewnością możemy wykluczyć błąd pomiaru jako przyczynę rozbieżności w wyliczeniu stałej Hubble’a – mówi Adam Riess. – Teraz pozostaje realna i ekscytująca ewentualność, że źle zrozumieliśmy Wszechświat – dodaje noblista.

Jego zdaniem w następnym kroku naukowcy muszą się upewnić, czy przypadkiem nie umknęło nam nic z tego, co zdarzyło się w kosmosie między Wielkim Wybuchem a teraźniejszością.

Źródła: ESA, Science Alert, The Astrophysical Journal Letters

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com