Η Ακριβέστερη Μέτρηση της Διαστολής του Σύμπαντος που Έγινε Ποτέ

Της Αστροφυσικού Ελένης Χατζηχρήστου


Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο υπερύθρου Spitzer επιστήμονες της NASA ανακοίνωσαν την ακριβέστερη ως τώρα μέτρηση της σταθεράς Hubble Ho η οποία συνδέεται με τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος. Ως γνωστόν στα τέλη της δεκαετίας του ’90 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενο και την αρχική έκπληξη ακολούθησαν εντατικές προσπάθειες για τον ακριβή προσδιορισμό του ρυθμού διαστολής, κάτι που θα οδηγήσει αντίστοιχα στον ακριβή προσδιορισμό της ηλικίας και του «μεγέθους» του Σύμπαντος.
Οι νέες μετρήσεις του Spitzer έρχονται να βελτιώσουν κατά 3 φορές την ακρίβεια των αντίστοιχων μετρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, μειώνοντας την αβεβαιότητα της μετρούμενης τιμής σε μόλις 3%! Έτσι η σταθερά Hubble είναι πλέον 74.3 ±2.1 χλμ./δευτερόλεπτο/Mpc (1 Mpc=Megaparsec είναι μονάδα απόστασης και αντιστοιχεί σε περίπου 3.3 εκατομμύρια έτη φωτός). Αυτές οι μετρήσεις συνδυάζονται με τα δεδομένα μιας άλλης διαστημικής αποστολής της NASA, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, που προσπαθεί να μετρήσει τη σκοτεινή ενέργεια του Σύμπαντος η οποία θεωρείται υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή.



Εικ.1 : Αστρονόμοι, χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA Spitzer, μπόρεσαν να μετρήσουν με αισθητά μεγαλύτερη ακρίβεια την σταθερά Hubble που εκφράζει το ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποίησαν «κοσμικούς φάρους» των οποίων οι κοσμικές αποστάσεις είναι γνωστές (Credit: NASA/JPL-Caltech).


Γιατί όμως οι παρατηρήσεις στα υπέρυθρα μήκη κύματος δίνουν καλύτερα αποτελέσματα απ’ ότι στα ορατά; Η απάντηση βρίσκεται στο γεγονός ότι η υπέρυθρη ακτινοβολία διαπερνά τη σκόνη που βρίσκεται διάσπαρτη παντού στο διαστρικό χώρο και έτσι μας επιτρέπει να παρατηρήσουμε τους μακρινούς αστέρες γνωστούς ως Κηφείδες, που αποτελούν ένα είδος «κοσμικών φάρων» για τους αστρονόμους. Είναι παλλόμενοι αστέρες των οποίων η συνεχώς μεταβαλλόμενη λαμπρότητα επιτρέπει τον ακριβή υπολογισμό της απόστασής τους ως εξής: Η περιοδικότητα των αναπάλσεων των Κηφείδων συνδέεται με την πραγματική τους λαμπρότητα, την οποία οι αστρονόμοι υπολογίζουν και κατόπιν τη συγκρίνουν με τη φαινόμενη λαμπρότητά τους (η οποία είναι πολύ μικρότερη αφού οι αστέρες βρίσκονται πολύ μακριά από εμάς). Από αυτή τη σύγκριση προκύπτει η ακριβής απόσταση των Κηφείδων από τη Γη. Κατόπιν, η μέτρηση αυτών των κοσμικών αποστάσεων σε συνδυασμό με την παρατηρούμενη ταχύτητα απομάκρυνσης από εμάς επιτρέπει τον υπολογισμό του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer μέτρησε την απόσταση 10 Κηφείδων στο Γαλαξία μας και 80 Κηφείδων στον κοντινό μας ακανόνιστο γαλαξία γνωστό ως Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου.



Εικ. 2: Η επισκόπηση του ουρανού γνωστή ως 6df Galaxy Survey. Κάθε κουκίδα αντιστοιχεί σε ένα γαλαξία και η Γη βρίσκεται στο κέντρο της σφαίρας (Credit: International Centre for Radio Astronomy Research).


Ένας άλλος τρόπος μέτρησης της σταθεράς Hubble που πρόσφατα είδε το φως της δημοσιότητας είναι η μέτρηση της συνοχής των γαλαξιών που ανήκουν σε ομάδες, τα λεγόμενα σμήνη γαλαξιών. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα για περίπου 125.000 γαλαξίες που πάρθηκαν με το βρετανικό τηλεσκόπιο Schmidt που βρίσκεται στην Αυστραλία. Αυτή η μελέτη είναι μέρος μιας πολύ γνωστής επισκόπησης του μισού σχεδόν ουρανού, της 6df Galaxy Survey. Η αβεβαιότητα στην τελική μετρούμενη τιμή της σταθεράς Hubble ήταν της τάξης του 5%, και έτσι οι επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι το Ho= 67.0 ± 3.2 χλμ.δευτερόλεπτο/Mpc (τιμή αισθητά μικρότερη από την προσφάτως ανακοινωθείσα χάρη στις μετρήσεις του Spitzer).


Πόσο σίγουρο είναι ότι το Σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενο και μάλιστα εξ’ αιτίας μια μυστηριώδους δύναμης αντι-βαρύτητας που ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια;
Φυσικά υπάρχουν και εναλλακτικές θεωρίες, όπως για παράδειγμα η υπόθεση για την ύπαρξη μέσα στο διαστελλόμενο Σύμπαν μιας τεράστιας φυσαλίδας κενού, διαμέτρου 8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, που περιβάλλει τη γαλαξιακή γειτονιά μας. Εάν ζούμε στο κέντρο αυτής της φυσαλίδας η εντύπωση της επιταχυνόμενης απομάκρυνσης των γαλαξιών από εμάς θα ήταν απλώς μια ψευδαίσθηση.



Εικ. 3: Ο σπειροειδής γαλαξίας NGC 5584 όπως φωτογραφήθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Λαμπρά μπλε νεογέννητα άστρα γεμίζουν τις σπείρες του, οι οποίες όμως διατρέχονται και από σκοτεινές ζώνες σκόνης. Στο κέντρο του γαλαξία βρίσκονται γηραιά κιτρινωπά άστρα. Στο υπόβαθρο φαίνονται μικρές κόκκινες κουκίδες που δεν είναι τίποτα άλλο από μακρινούς αμυδρούς γαλαξίες (Credit: NASA, ESA, A. Riess - STScI/JHU, L. Macri - Texas A&M University, Hubble Heritage Team - STScI/AURA).




Για να αποδειχθεί η αλήθεια ή όχι αυτής της εναλλακτικής θεωρίας οι αστρονόμοι πρέπει να υπολογίσουν με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια της τωρινή ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος. Ομάδα επιστημόνων του Ινστιτούτου του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble χρησιμοποίησαν ενδελεχείς παρατηρήσεις ενός συγκεκριμένου είδους αστέρων που εκρήγνυνται κατά το τέλος της ζωής τους, των υπερκαινοφανών Τύπου 1α, καθώς και των γνωστών μας Κηφείδων αστέρων. Έτσι μπόρεσαν να υπολογίσουν τη σταθερά Hubble με μεγάλη ακρίβεια, μέτρηση η οποία οδήγησε στον προσδιορισμό της σκοτεινής ενέργειας, καθώς και του σχήματος του Σύμπαντος, τους περιεχομένου του σε νετρίνα (τα σωματίδια φαντάσματα που γέμιζαν το νεαρό Σύμπαν), κλπ. Έτσι η εναλλακτική θεωρία για την φυσαλίδα κενού αποδείχθηκε λάθος και οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν για μια ακόμη φορά την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας που υποκινεί την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος.