Naukowcy odkryli, że wszechświat lokalny może rozszerzać się wolniej, niż wcześniej sądzono. Odkrycie, dokonane w ramach dwóch odrębnych badań, może złagodzić jeden z najbardziej dokuczliwych bólów głowy w kosmologii, napięcie Hubble’a.
The Stała Hubble’a – nazwany na cześć Edwina Hubble’aastronom, który na początku XX wieku odkrył, że Wszechświat się rozszerza, to tempo, w jakim następuje to rozszerzanie.
The Napięcie Hubble’a wynika z faktu, że obserwacja wszechświata lokalnego dostarcza innej wartości stałej Hubble’a niż ta uzyskana za pomocą kosmiczne tło mikrofalowe (CMB) — pierwsze światło wszechświata, które zabłysło wkrótce po Wielki Wybuch. Astronomowie wykonują pomiary CMB, a następnie nawijają do przodu, korzystając ze standardowego modelu kosmologicznego, tak zwanego modelu zimnej ciemnej materii Lambda (LCDM).
Kontynuacja artykułu poniżej
Rozbieżność utrzymuje się nawet wtedy, gdy te dwie oddzielne techniki pomiarowe stały się bardziej precyzyjne. Jest to niepokojące, ponieważ sugeruje, że w naszym przepisie na kosmos brakuje jakiegoś kluczowego składnika fizyki. Dlatego wielu astronomów wskazuje na potrzebę trzeciej metody, która pomogłaby zniwelować tę rozbieżność lub przynajmniej rzucić trochę światła na przyczynę jej istnienia.
Dwa nowe badania sugerują nowy sposób pomiaru ekspansji w bezpośrednim kosmosie poprzez analizę ruchu dwóch pobliskich grup galaktyk. Galaktyki wewnątrz tych grup są jednocześnie powiązane ze sobą wzajemną grawitacją i rozdzielane przez kosmiczny przepływ spowodowany rozciąganiem przestrzeni, w której są osadzone.
Obydwa wyniki na to wskazują wszechświat rozwija się w naszym sąsiedztwie wolniej, niż wcześniej sądzono. Technika ta nie tylko przybliża pomiary stałej Hubble’a w pobliskim wszechświecie do pomiarów wykonanych przy użyciu modelu CMB i LCDM, ale także sugeruje, że mniej ciemna materia jest potrzebne do wyjaśnienia obserwacji kosmicznych i dynamiki galaktyk.
Halo czy nie?
Zespoły doszły do swoich wniosków, badając dwie grupy galaktyk — grupę Centaurus A (jedną z najbliższych nam, poza Droga Mlecznagrupa lokalna) i grupa M81. Zamiast wykorzystywać obserwacje pobliskiego typu Ia supernowe lub kosmiczną skamielinę pierwszego światła wszechświata reprezentowaną przez CMB do pomiaru stałej Hubble’a, badacze wykorzystali ruch tych zgrupowanych galaktyk pod wpływem równoważenia przyciągającego wpływu grawitacji i odpychającego efektu rozszerzania się Wszechświata.
Astronomowie odkryli, że dziesiątki małych galaktyk tworzących grupę Centaurus A w rzeczywistości nie są zdominowane przez gigantyczną galaktykę eliptyczną o tej samej nazwie. Przeciwnie, galaktyka ta w rzeczywistości tworzy układ podwójny z galaktyką M83 należącą do grupy.
Wiadomo już, że grupa M81 ma w sercu galaktyki podwójne (M81 i M82). Nowe badania wykazały, że choć struktura tej grupy jest dobrze zorganizowana, w wewnętrznym regionie żyje około 1 miliona osób lata świetlne jest nachylony o około 34 stopnie w stosunku do szerszego otoczenia. W odległości około 10 milionów lat świetlnych orientacja grupy M81 pokrywa się z orientacją rozległej, przypominającej arkusz struktury materii, która sięga do grupy Centaurus A.
Obydwa zespoły naukowców odkryły również, że oprócz dwóch grup galaktyk znajdujących się w podobnym środowisku, większość całkowitej masy stanowią masy najjaśniejszych galaktyk w tych grupach. Zatem ruchy wszystkich galaktyk w grupach można uznać za wynik wzajemnego oddziaływania grawitacyjnego wpływu tych jasnych galaktyk i kosmicznego przepływu rozszerzającego się Wszechświata.
Oznacza to, że wbrew przewidywaniom kosmicznych symulacji, grupy galaktyk nie muszą być osadzone w rozległym, wszechogarniającym halo ciemnej materii wywierającym swój wpływ grawitacyjny.
Co to oznacza dla stałej Hubble’a?
Stałą Hubble’a mierzy się w kilometrach na sekundę na megaparsek (km/s/Mpc), przy czym 1 megaparsek odpowiada około 3,3 milionom lat świetlnych. Obecnie, gdy badacze obliczają tempo rozszerzania się Wszechświata przy użyciu lokalnych supernowych typu Ia, otrzymują stałą Hubble’a wynoszącą 73 km/s/Mpc. Jednak gdy stałą Hubble’a oblicza się za pomocą CMB, teoretycy obliczają niższą wartość 68 km/s/Mpc.
Zespoły zaangażowane w te badania ustaliły stałą Hubble’a na poziomie 64 km/s/Mpc. Sugerowało to badaczom, że część napięcia Hubble’a jest spowodowana metodami stosowanymi przez naukowców do pomiaru stałej Hubble’a. Może to oznaczać, że do rozproszenia napięcia Hubble’a nie jest potrzebny dodatkowy, obecnie nieznany element kosmosu; ten kosmiczny przepis możemy uzupełnić składnikami, które mamy pod ręką.
Oczywiście pozostaje jeszcze długa droga, zanim metoda ta obali istniejące paradygmaty. Dzięki zastosowaniu tej techniki do zaledwie dwóch lokalnych grup galaktyk napięcie Hubble’a z pewnością będzie sprawiać ból głowy przynajmniej przez jakiś czas.
Następnym krokiem w tym badaniu będzie zastosowanie tej techniki badania grup galaktyk do szerszego obszaru przestrzeni w naszym wszechświecie lokalnym. Stanie się to możliwe, gdy obserwacje grup galaktyk na większych odległościach staną się dostępne w następnej publikacji danych z 4-metrowego teleskopu spektroskopowego Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST).
Wyniki badań zespołu opublikowano na całym świecie dwa artykuły w dzienniku Astronomia i astrofizyka.
