Naujos fizikos užuomina: visata plečiasi greičiau, nei mokslininkai gali paaiškinti

Stebėjimai rodo, kad galaktikos tolsta viena nuo kitos greičiau, nei mokslininkai ilgai tikėjosi. Dabar daugelis abejoja, ar standartinis kosmologijos modelis gali iki galo paaiškinti tai, kas vyksta.

Danas Scolnicas yra Djuko universiteto fizikos docentas. Jis ir jo komanda vadovavo naujam tyrimui, paskelbtam žurnale „Astrophysical Journal Letters“, kuris sustiprina duomenų ir prognozių neatitikimo argumentus.

Visatos plėtimosi stebėjimo šimtmetis

Edvinas Hubble'as pirmą kartą Visatos plėtimąsi nustatė 1929 m. Nuo to laiko plėtimosi greitis, vadinamas Hubble'o konstanta, yra daugybės matavimų objektas.

Kiekviena mokslininkų karta bando nustatyti tikslią jos vertę, siekdama suprasti, kaip greitai kosminės struktūros plinta erdvėje.

Vieni tyrėjai remiasi duomenimis iš artimiausių galaktikų, kiti žvelgia į ankstyvąją Visatą. Laikui bėgant šios dvi matavimų grupės atskleidė konfliktą, vadinamą Hubble'o įtampa.

„Dabar ši įtampa virsta krize, - sakė mokslininkų grupei vadovavęs Scolnicas.

Kas tiksliai yra tas konfliktas?

Kai tyrėjai palygina, kaip Visata atrodo dideliais atstumais, ir kaip ji atrodo mūsų pačių kosminėje kaimynystėje, kažkas nesutampa.

Standartinės teorijos numato lėtesnį plėtimosi tempą, nei rodo vietiniai matavimai. Scolnicas atkreipia dėmesį į skirtumą tarp ankstyvųjų Visatos nuotraukų ir jos dabartinės formos.

Jis tai apibūdina kaip augimo diagramos sudarymą: yra kūdikio nuotrauka iš Didžiojo sprogimo ir dabartinė mūsų galaktikos aplinkos nuotrauka, tačiau šiuos du vaizdus jungianti kreivė neatitinka prognozių.

„Tai tam tikra prasme sako, kad mūsų kosmologijos modelis gali būti pažeistas, - sakė Scolnicas.

Kosminių kopėčių spragų užpildymas

Mokslininkai daugelį metų naudojo „kosmines kopėčias“ atstumams iki dangaus objektų matuoti. Kiekviena kopėčių pakopa kalibruoja kitą, sudarydama patikimų matavimų grandinę.

Pastaruoju metu vykdant projektą „Tamsiosios energijos spektroskopinis instrumentas“ (angl. Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) buvo gautas išsamus atstumų iki galaktikų rinkinys, todėl šis procesas tapo dar tikslesnis.

„DESI bendradarbiavimas atliko labai sunkią dalį, jų kopėčioms trūko pirmojo laiptelio, - sakė Scolnicas. „Žinojau, kaip ją gauti, ir žinojau, kad tai leistų atlikti vieną tiksliausių Hubble'o konstantos matavimų, todėl, kai pasirodė jų straipsnis, metiau absoliučiai viską ir be perstojo dirbau prie šio darbo.“

Visatos plėtimasis ir Komos telkinys

Vienas iš būdų užtikrinti pirmąjį laiptelį - pažvelgti į Komos telkinį. Mokslininkai apie 40 metų diskutavo dėl tikrojo jo atstumo.

Siekdami tiksliai išmatuoti, kaip toli yra Komos telkinys, Skolnicas ir jo komanda, remiami Templetono fondo, išnagrinėjo 12 Ia tipo supernovų, esančių telkinyje, šviesos modelius.

Įsivaizduokite la tipo supernovas kaip patikimus žibintuvėlius tamsoje, nes jų ryškumas yra pastovus ir tiesiogiai susijęs su atstumu. Dėl to jos yra puikus įrankis, padedantis išsiaiškinti, kaip toli kosmose yra daiktai.

Tyrėjai nustatė, kad Komos klasteris yra maždaug už 320 mln. šviesmečių. Šis atstumas yra pačiame viduryje atstumų, kuriuos kiti mokslininkai nustatė per pastaruosius 40 metų, o tai yra geras ženklas, kad jų skaičiavimai yra tikslūs.

„Šiam matavimui neturi įtakos mūsų teorijos apie tai, kaip bus išspręsta Hubble'o įtampa, - paaiškino Scolnicas. „Šis telkinys yra visai netoli mūsų, ir mes jį matavome gerokai anksčiau, nei sužinojome, koks svarbus jis taps.“

Ar mums reikia naujos Hubble'o konstantos?

Turėdama tvirtą atramos tašką, komanda, naudodamasi likusiomis kosminėmis kopėčiomis, apskaičiavo naują Hubble'o konstantos vertę: 76,5 kilometro per sekundę megaparsekui.

Šis skaičius nusako, kaip greitai galaktikos tolsta viena nuo kitos per 3,26 mln. šviesmečių atstumą.

Šis dydis atitinka kitus vietinius matavimus ir patvirtina, kad artimoji Visata plečiasi sparčiau, nei numatyta pagal standartinį modelį.

„Per pastarąjį dešimtmetį bendruomenė iš naujo daug analizavo, siekdama išsiaiškinti, ar mano komandos pirminiai rezultatai buvo teisingi, - sakė Scolnicas, kurio tyrimai nuolat kvestionavo pagal standartinį fizikos modelį numatytą Hubble'o konstantą.

„Galiausiai, nors ir sukeitėme tiek daug dalių, visi vis tiek gavome labai panašų skaičių. Taigi, man tai yra geriausias patvirtinimas, koks tik buvo gautas.“

Kodėl svarbus Visatos plėtimasis?

Dabar mokslininkai nori sužinoti, ar problema slypi modeliuose, ar matavimuose. Kai kurie mano, kad duomenys yra patikimi, todėl lieka galimybė, kad pagrindinę teoriją gali reikėti pakoreguoti.

Kiti išlieka atsargūs, norėdami patikrinti kiekvieną matavimo proceso etapą, kad atmestų klaidas. Pradėjus naudoti galingesnius teleskopus ir naujoviškus metodus, kiekvienas naujas duomenų rinkinys skatina diskusijas.

„Esame pasiekę tokį tašką, kai labai stipriai spaudžiame modelius, kuriuos naudojome du su puse dešimtmečio, ir matome, kad viskas nesutampa“, - sakė Scolnicas.

„Tai gali pakeisti mūsų požiūrį į Visatą, ir tai labai įdomu! Kosmologijoje vis dar yra netikėtumų, ir kas žino, kokie atradimai bus padaryti vėliau?“

Dideli klausimai ir neišspręstos paslaptys

Klausimai apie tamsiąją energiją, tamsiąją medžiagą ir kitus nežinomuosius išlieka antrame plane. Daugeliui kyla klausimas, ar netrūksta sudedamosios dalies, galinčios paaiškinti didesnį nei tikėtasi plėtimosi tempą.

Vieni ieško galimų naujų fizikinių reiškinių, o kiti tobulina matavimo metodus, siekdami didesnio tikslumo.

Mokslininkai toliau stebi, kaip iš viso pasaulio observatorijų gaunami skaičiai, ir renka vis daugiau įrodymų, kad suprastų, kaip plėtimosi greitis kinta laikui bėgant.

Nesvarbu, ar tai būtų nežymūs nustatytų modelių patobulinimai, ar visiškai naujas požiūris, kosmoso istorija ir toliau yra kuriama, remiantis matavimais, kurie vis pranoksta lūkesčius.