Нешто није у реду са универзумом.
То би могло бити нешто мало: проблем мјерења због којег одређене звијезде изгледају ближе или даље него оне, нешто што би астрофизичари могли поправити с неколико подешавања како мјере удаљености у свемиру. То може бити нешто велико: грешка - или низ грешака - у космологији, или наше разумевање порекла и еволуције универзума. Ако је то случај, читава наша историја простора и времена може се забрљати. Али шта год да је у питању, чини се да се кључна запажања о свемиру међусобно не слажу: Измерена на један начин, чини се да се свемир шири одређеном брзином; Измерен на други начин, чини се да се универзум шири различитом брзином. Као што нови рад показује, те разлике су постале све веће последњих година, чак и ако су мерења постајала прецизнија.
"Сматрамо да ако је наше разумевање космологије тачно, онда би сва та различита мерења требало да нам дају исти одговор", рекла је Катие Мацк, теоријска космологиња са Државног универзитета Северна Каролина (НЦСУ) и коауторица новог рада .
Два најпознатија мерења делују веома различито једна од друге. Први се ослања на космичку микроталасну позадину (ЦМБ): остатак микроталасне радијације из првих тренутака након Великог праска. Козмолози су на ЦМБ темељима изградили теоријске моделе целокупне историје свемира - моделе у које су веома сигурни и за које би била потребна потпуно нова физика да би се прекинуо. А узевши заједно, рекао је Мацк, они стварају релативно прецизан број за Хуббле константу, или Х0, који управља брзином којом се свемир тренутно шири.
Друго мерење користи супернове и трепереће звезде у оближњим галаксијама, познатим као цефиди. Увидом у то колико су те галаксије удаљене од наших и колико се брзо одмичу од нас, астрономи су добили оно што верују да је веома прецизно мерење Хуббле константе. А та метода нуди другачији Х0.
"Ако добијамо различите одговоре, то значи да постоји нешто што не знамо", рекао је Мацк за Ливе Сциенце. "Дакле, овде се заправо не ради само о разумевању тренутне брзине ширења свемира - што је нешто што нас занима - већ разумевању како се универзум развио, како се ширење развијало и шта све простор-време све ради време."
Веиканг Лин, такође космолог из НЦСУ-а и водећи аутор рада, рекао је да је за развој цјеловите слике проблема тим одлучио да заокружи све различите начине „ограничавања“ Х0 на једном месту. Рад још није формално прегледан или објављен, а доступан је на серверу за претпринт арКсив.
Ево шта „ограничење“ значи: Мерења у физици ретко проналазе тачне одговоре. Уместо тога, они су ограничили распон могућих одговора. А гледајући та ограничења заједно, можете пуно научити о нечему што проучавате. Гледајући, рецимо, једним телескопом, могли бисте сазнати да је тачка светлости у свемиру или црвена, жута или наранџаста. Друга би вам могла рећи да је сјајнија од већине других светла у простору, али мање светла од сунца. Други би вам могао рећи да се небом креће по планети брзо. Ниједно од тих ограничења не би вам пуно рекло сами, али ако их узмемо заједно, предлажемо да погледате Марс.
Лин, Мацк и њихов трећи коаутор, студент послиједипломског студија НЦСУ-а Ликианг Хоу, погледали су ограничења у две константе: Х0 и нешто што се назива "масни део" универзума, означено као Ωм, што вам говори колико универзума је енергија и колико је материја. Многа мерења Х0 такође ограничавају Ωм, рекао је Лин, па је корисно да их заједно погледамо.
То је створило овај живописни заплет:
Растегнути магента овални с ВМАП означава распон могућих масних фракција и Хуббле константа који су некада били могући на основу велике претходне НАСА студије ЦМБ, познате као Вилкинсон Мицроваве Анисотропи Пробе. Жути ступац са ознаком ЦВ СН (скраћено за „Цефидно калибрирана суперновае типа Иа“) односи се на мерења Цефеида-супернове, која не ограничавају масни удио у свемиру, већ ограничавају Х0. Црвена трака са ознаком СН П (скраћеница за "Типе-Иа Суперновае Пантеон") је главно ограничење за масни део свемира.
Можете видети да се ивице ВМАП-а и ЦВ СН-а преклапају, углавном ван црвене траке. То је била слика одступања пре неколико година, Мацк је рекао: Довољно значајан да се брине да су два мерења показала различите одговоре, али не толико значајне да би их учинили неспојивим са малим подешавањем.
Али последњих година дошло је до новог мерења ЦМБ-а из групе која се звала Планцкова сарадња. Планцкова сарадња, која је објавила свој најновији скуп података 2018. године, поставила је врло строга ограничења у масном удјелу и брзини ширења свемира, означена црном клизачем на загради под називом Планцк.
Сада, написали су аутори, појављују се две махнито различите слике свемира. Планцк и ВМАП - заједно са низом других приступа ограничавању Х0 и Ωм - сви су мање или више компатибилни. На парцели је место, у кругу белих цртица, где сви омогућавају сличне одговоре о томе како се свемир брзо шири и колико од њега гради материја. Можете видети да готово сви облици на плану пролазе кроз тај круг.
Али, директно директно мерење, засновано на стварном проучавању колико су ствари далеко у нашем локалном свемиру и колико се брзо крећу, не слаже се. Мерење Цефеида је тамо на десној страни, а ни његове траке грешака (светли жути битови, који означавају опсег вероватних вредности) пролазе кроз испрекидани круг. А то је проблем.
"У последњих неколико месеци било је доста активности у овој области", рекла је Риса Вецхслер, космолог са Универзитета Станфорд која није била укључена у овај рад. "Тако је заиста лепо видети све сажето. Уоквиривање у смислу Х0 и Ωм, који су основни параметри, заиста је разјашњава."
Ипак, Вецхслер је за Ливе Сциенце рекао да је важно не брзати са било каквим закључцима.
"Људи су узбуђени због овога јер би то могло значити да постоји нова физика, и то би било заиста узбудљиво", рекла је она.
Могуће је да је ЦМБ модел на неки начин погрешан, а то води ка некој систематској грешци у томе како физичари разумеју универзум.
"Сви би то волели. Физичари воле да ломе своје моделе", рекао је Вецхслер. "Али овај модел до сада делује прилично добро, тако да је мој приоритет то што мора да постоји прилично јак доказ да ме убеди."
Студија показује да би било тешко ускладити мерење Цефеида из локалног свемира са свим осталим увођењем само једног новог дела физике, рекао је Мацк.
Могуће је, рекао је Мацк, да је израчунавање супернова-цефида управо погрешно. Можда физичари погрешно мере удаљености у нашем локалном универзуму, а то води ка погрешној рачуници. Тешко је замислити што би та погрешна рачуница била, рекла је. Многи астрофизичари су мјерили локалне удаљености од нуле и дошли су до сличних резултата. Једна од могућности коју су аутори поставили је управо да живимо у чудном комаду универзума у којем има мање галаксија и мање гравитације, па се наше суседство шири брже од универзума у целини.
Одговор на проблем, рекла је, могао би бити иза угла. Али вероватније је да су прошле године или деценије.
"Или је нешто ново у свемиру или нешто што не разумијемо у своја мјерења", рекла је она.
Вецхслер је рекла да ће се кладити на потоње - да вероватно нешто није сасвим у реду са грешкама око неких укључених мерења и да ће се, након што се та решења, слика лепше уклопити.
Долазећи мерења могу да разјасне контрадикцију - било да је објасните или повећате, сугерирајући да је ново поље физике неопходно. Велики телескоп синоптичке анкете, који би требало да се појави на мрежи 2020. године, требало би да нађе стотине милиона супернова, што би требало да знатно побољша наборе података које астрофизичари користе за мерење растојања између галаксија. На крају, рекао је Мацк, студије гравитационог таласа биће довољно добре да ограниче и ширење свемира, што би требало да дода још један ниво прецизности космологији. Према путу, рекла је, физичари би могли развити чак и инструменте довољно осетљиве да гледају како се предмети шире у реалном времену.
Али за сада космолози још чекају и питају се зашто њихова мерења универзума немају смисла заједно.
