de Andrei Dicu şi Daniel Alexandrescu
NASA a anunţat rezultatul unei noi măsurători a vitezei de expansiune a Universului, care ar putea să ne aducă în faţa unei noi enigme. Pentru a găsi, însă, cheia problemei, trebuie să ne întoarcem în timp, către începutul secolului al XX-lea…
Descoperirea lui Hubble a deschis Cutia Pandorei
În perioada în care Albert Einstein publica lucrarea „Ecuaţiile de câmp ale gravitaţiei”, în care se găseau bazele Teoriei Generale a Relativităţii, lucrurile păreau simple: Universul este compus exclusiv din Calea Lactee. Astronomii puteau vedea şi alte galaxii, dar acestea erau catalogate ca fiind banale nebuloase. În anul 1919, astronomul american Edwin Hubble ajungea la Observatorul Astronomic Mount Wilson, tocmai în momentul în care era pus în funcţiune telescopul Hooker, care, cu oglinda sa de 2,5 metri, era cel mai puternic din lume. Hubble ştia deja că anumite stele variabile, numite cefeide, pot fi folosite ca repere pentru măsurarea distanţelor din Univers. Există o relaţie între strălucirea acestor stele şi perioada de variaţie a luminozităţii. Folosind această relaţie, se poate calcula luminozitatea absolută a acestor stele, care, odată cunoscută şi măsurată, ajută la calcularea distanţei dintre noi şi respectivele stele cefeide. Hubble a căutat cinci stele cefeide din nebuloasa din Andromeda şi a determinat distanţa până la ele. Rezultatul, o distanţă de 900.000 de ani lumină, a fost cu totul surprinzător. Distanţa era prea mare pentru ca nebuloasa din Andromeda să aparţină Căii Lactee. În paranteză fie spus, măsurătoarea lui Hubble nu era precisă, deoarece distanţa dintre noi şi galaxia Andromeda este mult mai mare, 2,5 milioane de ani lumină. Hubble şi-a anunţat descoperirea în „New York Times”, care a notat: „Nebuloasele spirale sunt sisteme stelare. Doctorul Hubble confirmă că ele sunt insule din Univers, similare cu a noastră”. Descoperirea a schimbat astronomia din temelii. Ecuaţiile teoriei generale a relativităţii arătau, aşa cum descoperise fizicianul rus Alexander Friedman, că, în funcţie de densitatea medie a Universului, acesta se poate afla în expansiune. Interesant este că, la început, inclusiv Einstein fusese convins că Universul este staţionar…
Filippenko: „Universul ne păcăleşte!”
Pe baza datelor obţinute de Hubble, s-a calculat viteza de expansiune, care era de 500 km/s/Mpc (Mpc este prescurtarea de la megaparsec, un parsec fiind egal cu circa 3,6 ani lumină). Valoarea este între şase şi opt ori mai mică decât valoarea determinată în zilele noastre, când avem instrumente şi metode de măsurare mult mai precise decât cele care îi erau accesibile lui Hubble, în primele decenii ale secolului al XX-lea. „Poate că Universul ne păcălește”, a declarat Alex Filippenko, astronom la University of California din Berkeley şi coautor al lucrării referitoare la recenta descoperire, publicată în revista „The Astrophysical Journal”. „Rata de expansiune a Universului nu se potrivește cu predicțiile bazate pe măsurători ale radiației provenite din explozia inițială (Big Bang), care a dat naștere Universului cunoscut cu 13,8 miliarde de ani în urmă”, a scris Filippenko.
Riess a redus marja de eroare a măsurătorilor
Majoritatea cosmologilor era de acord că expansiunea va încetini, va ajunge la zero, pentru ca apoi să înceapă un proces de contracţie, în urma căruia Universul va reveni la starea iniţială, după care va veni un nou Big Bang. În 1998, un nou set de măsurători ale vitezei de expansiune avea să tulbure lumea cosmologiei. Ele arătau că, în loc să încetinească, expansiunea Universului se accelera. Care să fie explicaţia acestei expansiuni? Cea mai populară ipoteză este legată de „energia întunecată”, asupra căreia vom reveni. Însă, descoperirea expansiunii Universului şi măsurarea vitezei ei au adus cu ele adevărate revoluţii în cosmologie, pe măsură ce rezultatele deveneau tot mai precise. Din acest motiv, astrofizicienii au fost extrem de interesaţi să realizeze tot mai multe măsurători, marja de eroare fiind calculată la 3,3%. Astronomul Adam Riess, împreună cu echipa de la Space Telescope Science Institute, a scăzut marja de eroare până la 2,4%. După ce a prelucrat datele colectate de telescopul spaţial Hubble, referitoare la stele cefeide din 18 galaxii, rezultatul a fost comparat cu cel obţinut din analiza datelor măsurate cu ajutorul Observatorului Plank. Nu mică a fost mirarea cercetătorilor când au constatat că acele două rezultate sunt diferite. Telescopul Hubble a determinat o viteză de expansiune cu 8% mai mare decât cea prevăzută pe baza datelor obţinute cu ajutorul Observatorului Planck. Şi totuşi, care este adevărata viteză de expansiune a Universului şi ce anume o determină? La ora actuală se crede că expansiunea este determinată de relaţia dintre materie (în mare parte materie întunecată) şi energia întunecată. Adam Riess a obţinut Premiul Nobel în 2011 pentru această descoperire.
Cercetătorii de la Universitatea din Chicago caută noi explicaţii
Expansiunea accelerată a fost atribuită unei noi forme de energie, energia întunecată, a cărei sursă încă nu o cunoaştem. Aşadar, este posibil ca materia şi energia întunecată să evolueze în timp şi raportul dintre ele să se schimbe de-a lungul evoluţiei Universului. La ora actuală nu ştim din ce sunt compuse acestea şi este greu de găsit o explicaţie care să convingă toată comunitatea ştiinţifică. O explicaţie ar fi aceea că stelele folosite ca etalon pentru măsurarea vitezei de expansiune a Universului ar putea genera erori de care nu suntem conştienţi. Din acest motiv, un alt grup de cercetători, de la Universitatea din Chicago, condus de Wendy Freedman, încearcă să găsească alte metode pentru a măsura expansiunea Universului, bazate pe diverse tipologii de stele, tocmai pentru a avea o comparaţie între mai multe metode. O altă posibilă explicaţie este legată de energia întunecată, care ar putea evolua şi dacă, odată cu trecerea timpului ar fi devenit mai puternică, acest fapt ar fi în acord cu rezultatele măsurate de telescopul Hubble.
Einstein, răspunzător pentru haosul creat?
„Energia întunecată” este cheia problemei, mai ales că nu este definită oficial. Marco Drewes, cercetător la Universitatea Tehnică din München, a scris: „Termenul «energie întunecată» sau «reacţie întunecată» se referă la particule din Universul timpuriu care nu interacţionează sau interacţionează prea slab, cu particulele din Modelul Standard, la temperaturi mai mici de 23 de miliarde de grade Celsius”. În acest Model Standard există trei tipuri de neutroni, care ar trebui să aibă masa zero. Alţi savanţi susţin că energia întunecată este însăşi viteza luminii. Aceştia susţin că de vină pentru haosul creat este chiar teoria relativităţii generale a lui Einstein, care nu ar mai fi valabilă la distanţe atât de mari precum cele din măsurătorile efectuate de Riess. Din acest motiv, ar trebui descoperită o nouă teorie la nivelul întregului Univers. De altfel, energia întunecată şi expansiunea accelerată a Universului sunt misterele cele mai mari ale fizicii moderne.