Universum osutus valeks

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Kosmoloogid seisavad silmitsi tõsise teadusliku probleemiga, mis viitab inimeste teadmiste ebatäiuslikkusele universumi kohta. Keerulisus puudutab sellist näiliselt triviaalset asja nagu universumi paisumiskiirus. Fakt on see, et erinevad meetodid viitavad erinevatele tähendustele – ja siiani ei oska keegi kummalist lahknevust seletada.

Kosmiline mõistatus

Praegu kirjeldab universumi evolutsiooni ja struktuuri kõige täpsemalt standardne kosmoloogiline mudel "Lambda-CDM" (ΛCDM). Selle mudeli kohaselt on universumil nullist erinev positiivne kosmoloogiline konstant (lambda-termin), mis põhjustab kiirendatud paisumist. Lisaks selgitab ΛCDM CMB (kosmilise mikrolaine tausta) vaadeldud struktuuri, galaktikate jaotust universumis, vesiniku ja teiste kergete aatomite rohkust ning vaakumi paisumise kiirust. Tõsine lahknevus laienemiskiiruses võib aga viidata vajadusele mudelis radikaalselt muuta.

Teoreetiline füüsik Vivian Poulin Prantsuse riiklikust teadusuuringute keskusest ja Montpellier's asuvast universumi ja osakeste laborist väidab, et see tähendab järgmist: noores universumis on juhtunud midagi olulist, millest me veel ei tea. Võib-olla oli see nähtus, mis oli seotud tundmatut tüüpi tumeenergia või uut tüüpi subatomaarsete osakestega. Kui mudel seda arvesse võtab, kaob lahknevus.

Kriisi lävel

Üks Universumi paisumiskiiruse määramise viise on uurida mikrolainefooni – reliktkiirgust, mis tekkis 380 tuhat aastat pärast Suurt Pauku. ΛCDM-i saab kasutada Hubble'i konstandi tuletamiseks, mõõtes CMB suuri kõikumisi. See osutus 67, 4 kilomeetrit sekundis iga megaparseki kohta ehk umbes kolm miljonit valgusaastat (sellise kiirusega lahknevad objektid üksteisest sobival kaugusel). Sel juhul on viga vaid 0,5 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta.

Kui saame erineva meetodi abil umbes sama väärtuse, kinnitab see standardse kosmoloogilise mudeli kehtivust. Teadlased mõõtsid tavaliste küünalde – objektide, mille heledus on alati teada – näivat heledust. Sellised objektid on näiteks Ia tüüpi supernoovad – valged kääbused, kes ei suuda enam suurtelt kaastähtedelt ainet neelata ja plahvatavad. Tavaliste küünalde näiva heleduse järgi saate määrata nende kauguse. Paralleelselt saate mõõta supernoovade punanihet, st valguse lainepikkuste nihet spektri punasesse piirkonda. Mida suurem on punanihe, seda suurema kiirusega objekt vaatlejast eemaldatakse.

Nii saab võimalikuks määrata universumi paisumiskiirus, mis sel juhul osutub iga megaparseki kohta 74 kilomeetrit sekundis. See ei ühti ΛCDM-ist saadud väärtustega. Siiski on ebatõenäoline, et mõõtmisviga võib lahknevust seletada.

David Grossi California ülikooli teoreetilise füüsika instituudist (Kavli) osakestefüüsikast leiab, et sellist lahknevust ei nimetataks probleemiks, vaid kriisiks. Paljud teadlased aga ei nõustunud selle hinnanguga. Olukorra tegi keeruliseks teine meetod, mis samuti põhineb varajase Universumi uurimisel, nimelt barüoonilised akustilised võnkumised – võnkumised varajast Universumit täitva nähtava aine tiheduses. Need vibratsioonid on põhjustatud plasma akustilistest lainetest ja on alati teadaolevate mõõtmetega, mistõttu näevad need välja nagu tavalised küünlad. Koos teiste mõõtmistega annavad need Hubble'i konstandi, mis on kooskõlas ΛCDM-iga.

Uus mudel

On võimalus, et teadlased tegid Ia tüüpi supernoovade kasutamisel vea. Kauguse objektini kauguse määramiseks peate ehitama distantsredeli.

Selle redeli esimene pulk on tsefeidid – muutuvtähed, millel on täpne perioodi ja heleduse suhe. Tsefeidide abil saab määrata kaugust lähima Ia tüüpi supernoovani. Ühes uuringus kasutati tsefeidide asemel punaseid hiiglasi, mis teatud eluetapil saavutavad maksimaalse heleduse - see on kõigil punastel hiiglastel.

Selle tulemusena osutus Hubble'i konstandiks 69,8 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta. Kriisi pole, ütleb artikli üks autoreid Wendy Freedman Chicago ülikoolist.

Kuid ka see väide seati kahtluse alla. H0LiCOW koostöös mõõdeti Hubble'i konstanti, kasutades gravitatsiooniläätse – efekti, mis tekib siis, kui massiivne keha painutab enda taga asuvast kaugest objektist kiiri. Viimased võivad olla kvasarid – aktiivsete galaktikate tuumad, mida toidab ülimassiivne must auk. Tänu gravitatsiooniläätsedele võib ühest kvasarist korraga ilmuda mitu pilti. Nende piltide värelust mõõtes on teadlased tuletanud uuendatud Hubble'i konstandi 73,3 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta. Samal ajal ei teadnud teadlased kuni viimaseni võimalikku tulemust, mis välistab pettuse võimaluse.

Hubble'i konstandi mõõtmise tulemuseks looduslike masseritega, mis tekkisid gaasi pöörlemisel ümber musta augu, osutus 74 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta. Teised meetodid andsid 76,5 ja 73,6 kilomeetrit sekundis megaparseki kohta. Probleeme tekib ka Universumi aine jaotuse mõõtmisel, kuna gravitatsioonilääts annab erineva väärtuse võrreldes mikrolaine tausta mõõtmisega.

Kui selgub, et lahknevus ei ole tingitud mõõtmisvigadest, siis on vaja uut teooriat, mis selgitaks kõiki hetkel olemasolevaid andmeid. Üks võimalik lahendus on muuta tumeenergia hulka, mis põhjustab universumi kiirenenud paisumise. Kuigi enamik teadlasi pooldab füüsikat uuendamata, on probleem endiselt lahendamata.