Visata plečiasi ne taip, kaip manėme: paaiškėjo mįslė, kuri griauna mokslo pagrindus

Naujausias ir tiksliausias iki šiol visatos plėtimosi greičio matavimas rodo, kad kosmologijoje susiformavo reali ir rimta problema.

Tarptautinė „H0DN Collaboration“ – bendru sutarimu parengusi ataskaitą apie Hablo konstantą – iš naujo sukalibravo kosminės plėtros matavimo „žymeklius“ ir sukūrė sistemą, leidžiančią nustatyti vietinės, mums artimesnės visatos plėtimosi greitį. Remiantis šiuo darbu, Hablo konstanta vietinėje visatoje siekia 73,5 kilometro per sekundę megaparsekui, o rezultato patikimumas įvertintas 7 sigmomis.

Problema ta, kad nepriklausomi matavimai, atlikti ankstyvosios, labai tolimos visatos kontekste, nuosekliai pateikia kitą reikšmę – apie 67,24 kilometro per sekundę megaparsekui. Naujausi bandymai šių dviejų rezultatų nesuartino, todėl neatitikimas, vadinamas Hablo įtampa, išlieka.

Visata atsirado maždaug prieš 13,8 mlrd. metų ir nuo to laiko nuolat plečiasi. Plėtimosi spartą apibūdina Hablo konstanta, žymima H₀ – vienas svarbiausių dydžių, padedančių suprasti mus supančią kosminę sandarą.

Hablo konstanta leidžia skaičiuoti visatos amžių ir dydį, padeda vertinti paslaptingos tamsiosios energijos, skatinančios plėtrą, poveikį, taip pat yra būtina nustatant tarpgalaktinius atstumus.

Tačiau būtent čia ir prasideda sunkumai. Astronomai turi kelias labai tikslias priemones H₀ nustatyti, bet skirtingais būdais gautos reikšmės priklauso nuo to, ar kalbame apie vietinę, ar apie ankstyvąją visatą.

Metodai, taikomi neseniai ir palyginti netoli esančiai visatai, pateikia gana suderintus rezultatus – maždaug 72–74 kilometrai per sekundę megaparsekui. Tuo metu ankstyvosios, tolimos visatos matavimai taip pat tarpusavyje dera, bet „sukasi“ apie 67–68 kilometrus per sekundę megaparsekui.

Šių dviejų epochų suderinti nepavyksta, o tai leidžia manyti, kad trūksta svarbios grandies mūsų supratime. Šis neatitikimas ir vadinamas Hablo įtampa.

„H0DN Collaboration“ problemą nagrinėjo sutelkdama dėmesį į vietinę visatą. Matavimams artimoje kosminėje aplinkoje astronomai remiasi vadinamosiomis kosminių atstumų kopėčiomis: kiekviena „pakopa“ reiškia skirtingą atstumo nustatymo techniką.

Pirmoji pakopa – paralaksas, t. y. regimas tolimų objektų padėties poslinkis, kai į juos žiūrima iš skirtingų stebėjimo taškų. Žemei judant aplink Saulę, žvaigždžių paralaksas leidžia apskaičiuoti, kaip toli jos yra.

Antroji pakopa – žinomo ryškio žvaigždės, pavyzdžiui, cefeidės. Trečioji pakopa – Ia tipo supernovos, kurių ryškio pikas yra pakankamai gerai žinomas.

Viena iš galimų Hablo įtampos priežasčių – klaida vienoje iš šių „kopėčių“ pakopų, kuri vėliau būtų persinešusi į galutinį rezultatą. Siekdami tai patikrinti, mokslininkai vietoj „kopėčių“ sukūrė atstumų tinklą – sistemą, sudarytą iš daugybės persidengiančių atstumo matavimo metodų.

Į šį tinklą įtrauktos cefeidės, raudonųjų milžinių šakos viršūnės metodas, Miros kintamosios žvaigždės, megamazeriai, Ia ir II tipo supernovos, paviršinio ryškio fluktuacijos, Tully–Fisherio sąryšis bei vadinamoji fundamentali plokštuma.

Visi šie metodai leidžia tiksliai matuoti atstumus iki netolimų žvaigždžių ir galaktikų, o dalis jų tarpusavyje persidengia. Apjungtas vietinių atstumų tinklas rodo, kad vietinė Hablo konstantos reikšmė yra 73,5 kilometro per sekundę megaparsekui.

Esminis aspektas – rezultatai buvo nuodugniai patikrinti. Tyrėjai paeiliui „išimdavo“ atskirus metodus ir teleskopus, siekdami įvertinti, ar tai reikšmingai pakeistų galutinę reikšmę. Jei taip būtų nutikę, tai galėtų rodyti konkretaus metodo trūkumus.

Be to, buvo bandyta naudoti skirtingus duomenų rinkinius ir keisti prielaidas, kuriomis remiasi analizė. Vis dėlto galutinis skaičius beveik nesikeitė. Pasak autorių, tai – griežčiausias vietinės H₀ reikšmės patikrinimas iki šiol, atlaikęs visus „streso testus“.

Tačiau tolimosios visatos H₀ matavimai taip pat laikomi patikimais ir nuosekliai išlieka apie 67 kilometrus per sekundę megaparsekui.

Pastaraisiais metais dalis bandymų buvo skirti Hablo įtampą paaiškinti prielaidomis, kad kažkur slypi matavimo klaida. Dažnai tarp dviejų pasirinkimų – žmogaus klaidos ar naujos fizikos – pirmasis atrodo labiau tikėtinas.

Vis dėlto naujasis tyrimas, pasak autorių, rodo, kad problema greičiausiai yra reali ir jai išspręsti gali prireikti naujos fizikos arba gilesnio ankstyvosios visatos išvadų pervertinimo.

„Užuot vien tik ribojęs tamsiosios energijos modelius, kaip buvo tikėtasi prieš dešimtmetį, išaugęs H₀ tikslumas dabar atskleidžia platesnį neatitikimą standartinėje kosmologinėje sistemoje ir sustiprina argumentus, kad reikalinga nauja fizika arba nuodugnesnis ankstyvosios visatos išvadų peržiūrėjimas“, – rašo „H0DN Collaboration“.

„Kintantis H₀ vaidmuo jau pakeitė mūsų supratimą apie tiksliąją kosmologiją, o ateityje gali laukti dar daugiau netikėtumų“, – priduria tyrėjai.

Mokslinis straipsnis publikuotas žurnale Astronomy & Astrophysics.