Visata pasirodė esanti klaidinga

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Kosmologai susiduria su rimta moksline problema, kuri rodo žmogaus žinių apie Visatą netobulumą. Sudėtingumas susijęs su tokiu, atrodytų, nereikšmingu dalyku kaip Visatos plėtimosi greitis. Faktas yra tas, kad skirtingi metodai nurodo skirtingas reikšmes – ir kol kas niekas negali paaiškinti keisto neatitikimo.

Kosminė paslaptis

Šiuo metu standartinis kosmologinis modelis „Lambda-CDM“(ΛCDM) tiksliausiai apibūdina visatos evoliuciją ir struktūrą. Pagal šį modelį visatos teigiama kosmologinė konstanta (lambda terminas), kuri nėra nulinė, sukelia pagreitintą plėtimąsi. Be to, ΛCDM paaiškina pastebėtą CMB (kosminio mikrobangų fono) struktūrą, galaktikų pasiskirstymą Visatoje, vandenilio ir kitų šviesos atomų gausą bei patį vakuuminio plėtimosi greitį. Tačiau rimtas plėtimosi greičio neatitikimas gali reikšti, kad reikia radikaliai pakeisti modelį.

Teorinė fizikė Vivian Poulin iš Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro ir Visatos ir dalelių laboratorijos Monpeljė teigia, kad tai reiškia štai ką: jaunoje visatoje įvyko kažkas svarbaus, apie ką mes dar nežinome. Galbūt tai buvo reiškinys, susijęs su nežinomu tamsios energijos tipu arba naujos rūšies subatominėmis dalelėmis. Jei modelis į tai atsižvelgs, neatitikimas išnyks.

Ant krizės slenksčio

Vienas iš būdų nustatyti Visatos plėtimosi greitį yra mikrobangų fono – reliktinės spinduliuotės, atsiradusios praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, tyrimas. ΛCDM gali būti naudojamas Hablo konstantai gauti, matuojant didelius CMB svyravimus. Paaiškėjo, kad tai yra 67, 4 kilometrai per sekundę kiekvienam megaparsekui arba maždaug trims milijonams šviesmečių (tokiu greičiu objektai nukrypsta vienas nuo kito tinkamu atstumu). Šiuo atveju paklaida yra tik 0,5 kilometro per sekundę per megaparseką.

Jei gausime maždaug tą pačią vertę naudodami kitą metodą, tai patvirtins standartinio kosmologinio modelio pagrįstumą. Mokslininkai išmatavo tariamą standartinių žvakių ryškumą – objektų, kurių šviesumas visada žinomas. Tokie objektai yra, pavyzdžiui, Ia tipo supernovos – baltosios nykštukės, kurios nebegali sugerti medžiagos iš didelių kompanioninių žvaigždžių ir sprogti. Pagal tariamą standartinių žvakių ryškumą galite nustatyti atstumą iki jų. Lygiagrečiai galite išmatuoti supernovų raudonąjį poslinkį, tai yra, šviesos bangos ilgių poslinkį į raudonąją spektro sritį. Kuo didesnis raudonasis poslinkis, tuo didesnis greitis, kuriuo objektas pašalinamas iš stebėtojo.

Taigi tampa įmanoma nustatyti Visatos plėtimosi greitį, kuris šiuo atveju yra lygus 74 kilometrams per sekundę kiekvienam megaparsekui. Tai neatitinka verčių, gautų iš ΛCDM. Tačiau mažai tikėtina, kad matavimo klaida gali paaiškinti neatitikimą.

Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje Kalifornijos universiteto Teorinės fizikos instituto Davido Groso teigimu, toks dalelių fizikos neatitikimas būtų vadinamas ne problema, o krize. Tačiau nemažai mokslininkų su tokiu vertinimu nesutiko. Situaciją apsunkino kitas metodas, kuris taip pat yra pagrįstas ankstyvosios Visatos tyrimais, būtent barioniniais akustiniais virpesiais – matomos medžiagos tankio svyravimais, užpildančiais ankstyvąją Visatą. Šias vibracijas sukelia plazmos akustinės bangos ir visada žinomų matmenų, todėl jos atrodo kaip standartinės žvakės. Kartu su kitais matavimais jie suteikia Hablo konstantą, atitinkančią ΛCDM.

Naujas modelis

Yra tikimybė, kad mokslininkai padarė klaidą naudodami Ia tipo supernovas. Norėdami nustatyti atstumą iki tolimo objekto, turite nutiesti atstumo kopėčias.

Pirmasis šių kopėčių laiptelis yra cefeidai – kintamos žvaigždės, turinčios tikslų periodo ir šviesumo ryšį. Cefeidų pagalba galima nustatyti atstumą iki artimiausių Ia tipo supernovų. Viename iš tyrimų vietoj cefeidų buvo panaudoti raudonieji milžinai, kurie tam tikru gyvenimo etapu pasiekia maksimalų ryškumą – jis vienodas visiems raudoniesiems milžinams.

Dėl to Hablo konstanta pasirodė esanti 69,8 kilometrai per sekundę per megaparseką. Krizės nėra, sako Wendy Freedman iš Čikagos universiteto, viena iš straipsnio autorių.

Tačiau šis teiginys taip pat buvo suabejotas. Bendradarbiaujant H0LiCOW, Hablo konstanta buvo išmatuota naudojant gravitacinį lęšį – efektą, atsirandantį, kai masyvus kūnas lenkia spindulius iš tolimo objekto už savęs. Pastarieji galėtų būti kvazarai – aktyvių galaktikų branduoliai, maitinami supermasyvios juodosios skylės. Dėl gravitacinių lęšių vienu metu gali atsirasti keli vieno kvazaro vaizdai. Išmatavę šių vaizdų mirgėjimą, mokslininkai išvedė atnaujintą Hablo konstantą – 73,3 kilometro per sekundę per megaparseką. Tuo pačiu metu mokslininkai iki paskutinio nežinojo galimo rezultato, kuris atmeta sukčiavimo galimybę.

Matuojant Hablo konstantą iš natūralių mazerių, susidariusių, kai dujos sukasi aplink juodąją skylę, paaiškėjo, kad 74 kilometrai per sekundę per megaparseką. Kiti metodai davė 76,5 ir 73,6 kilometro per sekundę per megaparseką. Problemų kyla ir matuojant materijos pasiskirstymą Visatoje, nes gravitacinis lęšis suteikia kitokią vertę, palyginti su mikrobangų fono matavimais.

Jei paaiškės, kad neatitikimas atsirado ne dėl matavimo klaidų, tuomet reikės naujos teorijos, kuri paaiškintų visus šiuo metu turimus duomenis. Vienas iš galimų sprendimų yra pakeisti tamsiosios energijos kiekį, sukeliantį pagreitintą visatos plėtimąsi. Nors dauguma mokslininkų pasisako už tai, kad neatnaujintume fizikos, problema lieka neišspręsta.