Wykorzystując galaktyki jako gigantyczne soczewki grawitacyjne, międzynarodowa grupa astronomów korzystająca z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a wykonała niezależne pomiary prędkości rozszerzania Wszechświata. Najnowsze pomiary tempa rozszerzania lokalnego Wszechświata zgadzają się z wcześniejszymi wynikami. Co ciekawe, nie zgadzają się z pomiarami wczesnego Wszechświata. Wyniki zatem wskazują na fundamentalny problem leżący u samych podstaw naszej wiedzy o Wszechświecie.
Stała Hubble’a – tempo rozszerzania Wszechświata – jest jedną z fundamentalnych wartości opisujących nasz Wszechświat. Grupa astronomów z zespołu H0LiCOW kierowanego przez Sherry Suyu (związaną z Max Planck Institute for Astrophysics w Niemczech, ASIAA na Tajwanie i Politechniką w Monachium) wykorzystała Kosmiczny Teleskop Hubble’a oraz inne teleskopy kosmiczne i naziemne do obserwowania pięciu galaktyk w celu wykonania niezależnych pomiarów stałej Hubble’a.
Najnowsze pomiary są całkowicie niezależne – choć doskonale zgadzające się – od innych pomiarów stałej Hubble’a w lokalnym Wszechświecie, do których jako punkty odniesienia wykorzystano cefeidy i supernowe.
Niemniej jednak, wartość zmierzona przez Suyu i jej zespół, jak i wartość wydedukowana z badań opierających się na cefeidach i supernowych, różnią się od pomiarów wykonanych przez satelitę Planck. Jest jednak istotna różnica – Planck mierzył wartość stałej Hubble’a we wczesnym Wszechświecie badając mikrofalowe promieniowanie tła.
Choć wartość stałej Hubble’a ustalona na podstawie danych z Plancka zgadza się z naszą obecną wiedzą o kosmosie, wartości uzyskane przez inne grupy astronomów dla lokalnego Wszechświata nie zgadzają się z akceptowanymi obecnie teoretycznymi modelami Wszechświata. „Tempo rozszerzania Wszechświata dopiero zaczyna być mierzone na różne sposoby z na tyle dużą precyzją, że możemy dostrzec rzeczywiste odchylenia, które mogą wskazywać na nową fizykę leżącą wciąż poza naszym zasięgiem”, dodaje Suyu.
Celem badania były masywne galaktyki znajdujące się między Ziemią a bardzo odległymi kwazarami – niesamowicie jasnymi jądrami galaktycznymi. Światło z tych odległych kwazarów zakrzywiane jest przez potężną masę galaktyk leżących między nimi a nami prowadząc do zjawiska silnego soczewkowania grawitacyjnego. Dzięki temu z Ziemi widzimy wielokrotne obrazy kwazara tła, rozciągnięte w łuki otaczające bliższą nam galaktykę.
Z uwagi na fakt, że galaktyki nie prowadzą do powstania idealnie sferycznych zaburzeń przestrzeni, a galaktyki i kwazary nie znajdują się w idealnie prostej linii, światło z różnych obrazów kwazara tła musi przebyć różnej długości drogi aby do nas dotrzeć. Z uwagi na fakt, że jasność kwazara zmienia się w czasie, astronomowie mogą dstrzec migotanie różnych obrazów galaktyki w różnych czasach – to skutek różnicy czasu, którą musi pokonać promieniowanie podróżujące różnymi ścieżkami, aby do nas dotrzeć. Te różnice i opóźnienia są bezpośrednio związane z wartością stałej Hubble’a. „Nasza metoda jest najprostszym i najbardziej bezpośrednim sposobem pomiaru stałej Hubble’a, ponieważ wykorzystuje tylko geometrię i Ogólną Teorię Względności”, tłumaczy jeden z członków zespołu Frederic Courbin z EPFL w Szwajcarii.
Wykorzystując dokładne pomiary opóźnień między poszczególnymi obrazami kwazara oraz modele komputerowe, naukowcy mogli określić wartość stałej Hubble’a z zaskakująco wysoką precyzją: 3,8%. „Precyzyjny pomiar stałej Hubble’a jest jednym z najistotniejszych celów współczesnych badań kosmologicznych”, podkreśla Vivien Bonvin, członkini zespołu z EPFL w Szwajcarii. Suyu dodaje: „Stała Hubble’a jest kluczową wartością dla współczesnej astronomii, bowiem pozwoli nam potwierdzić lub zaprzeczyć czy nasz obraz Wszechświata składającego się z ciemnej energii, ciemnej materii i normalnej materii – jest faktycznie prawidłowy, czy też mylimy się co do niego na fundamentalnym poziomie”.
Źródło: STcSI