Νέα μέθοδος μέτρησης της σταθεράς Hubble παίρνει θέση στη διαμάχη των κοσμολόγων

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, ο χορός της κοσμολογίας βρίσκεται σε κρίση, και ο λόγος είναι η σταθερά Hubble στην οποία αποτυπώνεται ο σύγχρονος ρυθμός διαστολής του σύμπαντος.

Στις μέρες μας έχουμε πολλούς τρόπους με τους οποίους μπορούμε να την υπολογίσουμε, το πρόβλημά όμως είναι ότι τα αποτελέσματα ποικίλουν. Θα μπορούσαμε εν γένει να κατηγοριοποιήσουμε τις μεθόδους υπολογισμού της σταθεράς Hubble σε δύο κατηγορίες. Αυτές που χρησιμοποιούν παρατηρησιακά δεδομένα από το αρχέγονο-νεαρό σύμπαν και αυτές που χρησιμοποιούν παρατηρησιακά δεδομένα από το γειτονικό-συγχρόνως σύμπαν. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν παρατηρησιακά δεδομένα όπως η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, ενώ στη δεύτερη ανήκουν μετρήσεις μετατόπισης προς το ερυθρό του φωτός αστέρων σούπερνοβα τύπου Ια.

Με συνέπεια, πλέον μπορούμε να πούμε ότι οι μετρήσεις του νεαρού σύμπαντος αποδίδουν την τιμή 67.4 ± 0.4 Km/s/Mpc στην σταθερά Hubble, ενώ οι μετρήσεις του σύγχρονου σύμπαντος μας δίνουν επανειλημμένα 73.2 ± 1.3 Km/s/Mpc. Το χάσμα των μετρήσεων αυτων πολλές φορές ονομάζεται ως κρίση στην κοσμολογία.

Πρόσφατα, ο Kelly και οι συνεργάτες του πρόσθεσαν μια ακόμα μέθοδο υπολογισμού της σταθεράς Hubble. Η μέθοδος αυτή εμπλέκει την παρατήρηση του φωτός υπερκαινοφανούς αστέρα μέσα από έναν βαρυτικό φακό. Ο επικείμενος βαρυτικός φακός εμφάνισε πέντε είδωλα φωτός του αστέρα, ένα εκ των οποίων εμφανίστηκε 376 ημέρες αργότερα λόγω του μεγαλύτερου δρόμου που είχε να διανύσει. Κατά την περίοδο των 376 ημερών, το φως του ειδώλου του υπερκαινοφανούς αστέρα μετατοπίστηκε περαιτέρω προς το ερυθρό λόγω της διαστολής του σύμπαντος. Το γεγονός αυτό επέτρεψε στην ομάδα του Kelly να υπολογίσει τη διαστολή του σύμπαντος και, κατά επέκταση, τη σταθερά Hubble. Τα αποτελέσματα της έρευνας ευνοούν την τιμή των μετρήσεων του νεαρού σύμπαντος έναντι του σύγχρονου.

Αυτή η εικόνα του τηλεσκοπίου Hubble δείχνει τις θέσεις των πρώτων τεσσάρων εικόνων (S1–S4) ενός σουπερνόβα, μέσω βαρυτικού φακού, που είδαμε στα τέλη του 2014. Ένα χρόνο αργότερα, οι αστρονόμοι εντόπισαν μια πέμπτη εικόνα στο σημείο SX. Μια νέα ανάλυση χρησιμοποίησε τις 376 ημέρες που χρειάστηκαν για να εμφανιστεί το SX για να εκτιμήσει τον κοσμικό ρυθμό διαστολής.

Πιο συγκεκριμένα, στο επιστημονικό περιοδικό Science το άρθρο τους αναφέρει μια τιμή που ποικίλει από 64.8 km/s/Mpc έως 66.6 km/s/Mpc. Είναι σημαντικό, βέβαια, να τονίσουμε ότι οι γραμμές σφάλματος είναι αρκετά μεγάλες, ώστε η τιμή να βρίσκεται και αρκετά κοντά στην 73.2 Km/s/Mpc. "Δεν νομίζω ότι [η μέτρηση του υπερκαινοφανούς με φακούς] να λέει κάτι σημαντικό για τη σταθερά του Hubble σε αυτό το σημείο", λέει ο Riess.

Στο μέλλον, μετρήσεις της κατανομής της μάζας, με το JWST (James Webb Space Telescope), του σμήνους που δημιουργεί τον βαρυτικό φακό θα βοηθήσουν στην ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων μετρήσεων, λέει ο Kelly. Παράλληλα, η Sherry Suyu από το Max Planck Institute for Astrophysics της Γερμανίας αναφέρει ότι ενώ στο παρελθόν τέτοιες παρατηρήσεις ήταν σπάνιες, πλέον βλέπουμε ότι εμφανίζονται ολοένα και περισσότερο φέρνοντας μια νέα εποχή μετρήσεων υπερκαινοφανών μέσω βαρυτικών φακών.

Με αυτές τις προσεγγίσεις και μελλοντικές μετρήσεις, ελπίζουμε να αποκαλύψουμε περισσότερα για τη σταθερά Hubble και να κατανοήσουμε καλύτερα την εξέλιξη και τη διαστολή του σύμπαντος. Η σταθερά Hubble αποτελεί το σημαντικότερο μέτρο για τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος και έχει ευρείες επιπτώσεις στην κοσμολογία και την κατανόηση της φύσης του σύμπαντος.

 References:

1. P. L. Kelly et al., “Constraints on the Hubble constant from Supernova Refsdal’s reappearance,” Science (2023).
2. P. L. Kelly et al., “Multiple images of a highly magnified supernova formed by an early-type cluster galaxy lens,” Science 347, 1123 (2015).