Źle zrozumieliśmy Wszechświat. Teraz musimy połączyć dzisiaj i Wielki Wybuch

Szybkość rozszerzania się Wszechświata, znana jako stała Hubble’a, jest jednym z podstawowych parametrów pozwalających zrozumieć ewolucję i ostateczny los kosmosu. Istnieje jednak różnica, zwana napięciem Hubble'a, pomiędzy szybkością mierzoną za pomocą teleskopów a jej wartością przewidywaną na podstawie mikrofalowego promieniowania tła, poświaty po Wielkim Wybuchu. 

Jednym z naukowych uzasadnień budowy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a było wykorzystanie jego mocy obserwacyjnej do określenia dokładnej wartości tempa ekspansji Wszechświata. Przed wystrzeleniem Hubble'a w 1990 r. obserwacje prowadzone za pomocą teleskopów naziemnych obarczone były ogromną niepewnością. W zależności od przyjętych wartości, wiek Wszechświata wyliczano na od 10 do 20 mld lat. W ciągu ostatnich 34 lat Hubble pomógł ustalić wiek na 13,8 mld lat. 

Jednak obserwacje z Telskopu Hubble'a nie zgadzały się z innymi pomiarami, które sugerują, że Wszechświat rozszerzał się szybciej po Wielkim Wybuchu. Obserwacji tych dokonano dzięki mapowaniu kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła przez satelitę ESA Planck.

Prostym rozwiązaniem tego dylematu byłoby stwierdzenie, że być może obserwacje Hubble'a były błędne i przy badaniu głębokiego kosmosu wkradły się jakieś nieścisłości. Na szczęście Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba umożliwił astronomom sprawdzenie wyników Hubble'a. 

Obserwacje Webba skupiły się na pięciu galaktykach z ośmioma supernowymi typu Ia oraz1000 cefeid i sięgają do najdalszej galaktyki, w której dobrze zmierzono cefeidy – NGC 5468, znajdującej się w odległości 130 mln lat świetlnych.

Cefeidy to regularnie pulsujące gwiazdy, wykorzystywane do precyzyjnego pomiaru odległości do galaktyk. Cefeidy pulsują z powodu zmian temperatury i ciśnienia w ich wnętrzach, zmieniając się zarówno pod względem średnicy, jak i temperatury. Im masywniejsza i jaśniejsza jest cefeida, tym dłuższy jest okres jej pulsacji. Cefeidy są ważnymi kosmicznymi punktami odniesienia przy skalowaniu kosmicznej drabiny odległości. Związek między okresem pulsacji a jasnością absolutną (czyli rzeczywistą jasnością gwiazdy) pozwala astronomom na precyzyjne wyznaczenie odległości do cefeid, a co za tym idzie, do galaktyk, w których się znajdują.

Europejska Agencja kosmiczna poinformowała właśnie, że obrazy wykonane w podczerwieni przez Webba zgadzają się z danymi optycznymi wykonanymi przez Hubble'a. Webb potwierdził tym samym, że bystre oko teleskopu Hubble'a przez cały czas było w porządku, rozwiewając wszelkie utrzymujące się wątpliwości co do pomiarów Hubble'a.

A co z wynikami pomiaru mikrofalowego promieniowania tła? Niestety, na rozwiązanie tej tajemnicy musimy jeszcze poczekać. Napięcie Hubble'a, różnica pomiędzy tym, co dzieje się w pobliskim Wszechświecie, a ekspansją wczesnego Wszechświata pozostaje dokuczliwą zagadką dla kosmologów. W strukturę przestrzeni może być wplecione coś, czego jeszcze nie rozumiemy.

Czy rozwiązanie tej rozbieżności wymaga nowej fizyki? A może jest to wynik błędów pomiarowych pomiędzy dwiema różnymi metodami używanymi do określenia tempa rozszerzania się przestrzeni?

Adam Riess jest laureatem Nagrody Nobla za współodkrycie faktu, że ekspansja Wszechświata przyspiesza dzięki tajemniczemu zjawisku zwanemu obecnie ciemną energią.

Więcej o zagadkach Wszechświata przeczytasz na Spider's Web: