Noget er ikke helt rigtigt i universet. I det mindste baseret på alt, hvad fysikere kender indtil videre. Stjerner, galakser, sorte huller og alle de andre himmelobjekter kaster sig væk fra hinanden med tiden hurtigere. Tidligere målinger i vores lokale kvarter af universet finder ud af, at universet eksploderer udad hurtigere end det var i begyndelsen. Det burde ikke være tilfældet, baseret på forskernes bedste deskriptor af universet.
Hvis deres målinger af en værdi, der kaldes Hubble-konstanten, er korrekte, betyder det, at den aktuelle model mangler afgørende ny fysik, såsom ikke-berettigede grundlæggende partikler, eller noget mærkeligt, der foregår med det mystiske stof kendt som mørk energi.
I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 22. januar i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, har forskere målt Hubble-konstanten på en helt ny måde og bekræfter, at universet faktisk ekspanderer hurtigere nu, end det var i dets tidlige dage.
"Noget interessant foregår"
For at forklare, hvordan universet gik fra en lille, varm, tæt plet af suppet plasma til den enorme vidde, vi ser i dag, har forskere foreslået, hvad der er kendt som Lambda Cold Dark Matter (LCDM) -modellen. Modellen sætter begrænsninger for egenskaberne ved mørkt stof, en slags stof, der udøver gravitationstryk, men afgiver intet lys og mørk energi, der ser ud til at modstå tyngdekraften. LCDM kan med succes gengive strukturen af galakser og den kosmiske mikrobølgebaggrund - universets første lys - samt mængden af brint og helium i universet. Men det kan ikke forklare, hvorfor universet ekspanderer hurtigere nu, end det gjorde tidligt.
Det betyder, at enten LCDM-modellen er forkert, eller målingerne af ekspansionshastigheden er.
Den nye metode sigter mod endelig at afvikle debatten om ekspansionsrate, fortalte Simon Birrer, en forsker ved University of California, Los Angeles, og hovedforfatter på den nye undersøgelse, Live Science. Indtil videre bekræfter de nye, uafhængige målinger uoverensstemmelsen, hvilket antyder, at der kan være behov for ny fysik.
For at negle Hubbles konstant havde forskere tidligere anvendt flere forskellige metoder. Nogle brugte supernovas i det lokale univers (den nærliggende del af universet), og andre har været afhængige af Cepheids eller typer stjerner, der pulserer og jævnligt flimrer i lysstyrke. Atter andre har undersøgt den kosmiske baggrundstråling.
Den nye forskning anvendte en teknik, der involverer lys fra kvasarer - ekstremt lyse galakser drevet af massive sorte huller - i et forsøg på at bryde slips.
"Ligegyldigt hvor forsigtigt et eksperiment er, kan der altid være en eller anden virkning, der er indbygget i de slags værktøjer, de bruger til at foretage denne måling. Så når en gruppe kommer som sådan og bruger et helt andet sæt værktøjer ... og får det samme svar, så kan du temmelig hurtigt konkludere, at svaret ikke er et resultat af nogen alvorlig virkning i teknikkerne, ”sagde Adam Riess, en nobelprisvinder og forsker ved Space Telescope Science Institute og ved Johns Hopkins University. "Jeg tror, at vores tillid vokser til, at der er noget rigtig interessant, der foregår," fortalte Riess, der ikke var involveret i undersøgelsen, til Live Science.
Ser dobbelt
Sådan fungerede teknikken: Når lys fra en kvasar passerer en mellemliggende galakse, får tyngdekraften fra galaksen dette lys til at "bøjes i gravitation", før det rammer Jorden. Galaksen virkede som en linse for at forvrænge kvasarens lys i flere kopier - mest almindeligvis to eller fire afhængigt af kvasarsens indretning i forhold til galaksen. Hver af disse eksemplarer rejste en lidt anden sti rundt om galaksen.
Kvasarer lyser normalt ikke støt som mange stjerner. På grund af materiale, der falder ned i deres centrale sorte huller, ændres de i lysstyrke på skalaer fra timer til millioner af år. Når en kvasars billede linses i flere kopier med ulige lysstier, vil enhver ændring i kvasarens lysstyrke således resultere i en subtil flimring mellem kopierne, da lys fra visse kopier tager et stykke længere tid at nå Jorden.
Fra denne uoverensstemmelse kunne forskere nøjagtigt bestemme, hvor langt vi er fra både kvasaren og den mellemliggende galakse. For at beregne Hubble-konstanten sammenlignede astronomer derefter afstanden til objektets rødskift eller forskydningen i bølgelængder af lyset mod den røde ende af spektret (som viser hvor meget objektets lys har strakt sig, når universet udvides).
At studere lys fra systemer, der skaber fire billeder eller kopier af en kvasar, er blevet gjort i fortiden. Men i den nye artikel demonstrerede Birrer og hans samarbejdspartnere med succes, at det er muligt at måle Hubble Constant fra systemer, der skaber bare et dobbeltbillede af kvasaren. Dette øger dramatisk antallet af systemer, der kan studeres, hvilket i sidste ende giver mulighed for at måle Hubble-konstanten mere præcist.
"Billeder af kvasarer, der vises fire gange, er meget sjældne - der er måske kun 50 til 100 over hele himlen, og ikke alle er lyse nok til at blive målt," fortalte Birrer til Live Science. "Dobbeltlinsede systemer er dog hyppigere med cirka en faktor fem."
De nye resultater fra et dobbelt-linset system kombineret med tre andre tidligere målte firedoblede linsesystemer sætter værdien for Hubble Constant på 72,5 kilometer per sekund pr. Megaparsec; det er i overensstemmelse med andre lokale universmålinger, men stadig omkring 8 procent højere end målingerne fra det fjerne univers (det ældre eller tidlige univers). Efterhånden som den nye teknik anvendes til flere systemer, vil forskere være i stand til at hjemtage den nøjagtige forskel mellem fjerne (eller tidlige) universmålinger og lokale (nyere) universmålinger.
”Nøglen er at gå fra et punkt, hvor vi siger, ja, disse ting er ikke enige, at have et meget præcist mål for det niveau, som de ikke er enige om, for i sidste ende vil det være den ledetråd, der tillader teori om at sige, hvad der foregår, ”fortalte Riess til Live Science.
At måle Hubble-konstanten nøjagtigt hjælper forskere med at forstå mere end bare hvor hurtigt universet flyver fra hinanden. Værdien er afgørende for bestemmelse af universets alder og den fysiske størrelse på fjerne galakser. Det giver også astronomer ledetråde til mængden af mørkt stof og mørk energi derude.
Hvad angår forklaring af, hvad eksotisk fysik muligvis kan forklare deres misforhold i målinger af ekspansionshastighed, er det langt nede.
