Lige når vi tror, vi forstår universet temmelig godt, kommer nogle astronomer sammen for at upendere alt sammen. I dette tilfælde er noget vigtigt for alt, hvad vi kender og ser, blevet vendt på hovedet: udvidelseshastigheden for selve universet, også kendt som Hubble-konstanten.
Et team af astronomer, der bruger Hubble-teleskopet, har bestemt, at ekspansionstakten er mellem fem og ni procent hurtigere end tidligere målt. Hubble-konstanten er ikke noget nysgerrigt, der kan skrinlægges, indtil de næste fremskridt i måling. Det er en del af selve arten af alt, hvad der eksisterer.
”Dette overraskende fund kan være en vigtig ledetråd til at forstå de mystiske dele af universet, der udgør 95 procent af alting og ikke udsender lys, såsom mørk energi, mørk materie og mørk stråling,” sagde studieleder og Nobelprismester Adam Riess fra Space Telescope Science Institute og Johns Hopkins University, begge i Baltimore, Maryland.
Men inden vi går ind på konsekvenserne af denne undersøgelse, lad os tage en sikkerhedskopi lidt og se på, hvordan Hubble-konstanten måles.
Det er en vanskelig forretning at måle universets ekspansionsgrad. Brug af billedet øverst fungerer det sådan:
- Inden i Mælkevejen bruges Hubble-teleskopet til at måle afstanden til Cepheid-variabler, en type pulserende stjerne. Parallax bruges til at gøre dette, og parallax er et grundlæggende værktøj til geometri, som også bruges til landmåling. Astronomer ved, hvad den sande lysstyrke af Cepheider er, så sammenligning med deres tilsyneladende lysstyrke fra Jorden giver en nøjagtig måling af afstanden mellem stjernen og os. Deres pulsationshastighed finjusterer også afstandberegningen. Cepheid-variabler kaldes undertiden ”kosmiske målestokke” af denne grund.
- Derefter vender astronomer deres syn på andre nærliggende galakser, der ikke kun indeholder Cepheid-variabler, men også type 1a-supernova, en anden godt forstået type stjerne. Disse supernovaer, som naturligvis er eksploderende stjerner, er en anden pålidelig målestok for astronomer. Afstanden til disse galakser opnås ved at bruge Cepheiderne til at måle supernovas ægte lysstyrke.
- Dernæst peger astronomer Hubble på galakser, der er endnu længere væk. Disse er så fjerne, at enhver Cepheid i disse galakser ikke kan ses. Men type 1a-supernovaer er så lyse, at de kan ses, selv i disse enorme afstande. Derefter sammenligner astronomer supernovaernes sande og tilsyneladende lysstyrker for at måle den afstand, hvor universets udvidelse kan ses. Lyset fra de fjerne supernovaer "rødskiftes" eller strækkes ved udvidelse af rummet. Når den målte afstand sammenlignes med den røde forskydning af lyset, giver den en måling af hastigheden for udvidelsen af universet.
- Tag en dyb indånding og læst alt det igen.
Den store del af alt dette er, at vi har en endnu mere nøjagtig måling af universets udvidelseshastighed. Usikkerheden i målingen er nede på 2,4%. Den udfordrende del er, at denne ekspansionshastighed af det moderne univers ikke følger med målingerne fra det tidlige univers.
Udvidelseshastigheden for det tidlige univers opnås fra resterende stråling fra Big Bang. Når den kosmiske efterglød måles af NASAs Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe (WMAP) og ESAs Planck-satellit, giver den en mindre ekspansionskurs. Så de to stiller ikke op. Det er som at bygge en bro, hvor byggeriet starter i begge ender og skal stille op, når du kommer til midten. (Advarsel: Jeg har ingen idé om, hvor broer er bygget sådan.)
”Du starter i to ender, og du forventer at mødes i midten, hvis alle dine tegninger er rigtige, og dine målinger er rigtige,” sagde Riess. ”Men nu mødes endene ikke helt i midten, og vi vil gerne vide, hvorfor.”
”Hvis vi kender de oprindelige mængder af ting i universet, såsom mørk energi og mørk stof, og vi har fysikken korrekt, kan du gå fra en måling på det tidspunkt kort efter big bang og bruge denne forståelse til at forudsige hvordan hurtigt skal universet udvide i dag, ”sagde Riess. "Hvis dette uoverensstemmelse dog opretholdes, ser det ud til, at vi muligvis ikke har den rette forståelse, og det ændrer, hvor stor Hubble-konstanten skal være i dag."
Hvorfor det ikke alt sammenlægger, er den sjove og måske irriterende del af dette.
Det, vi kalder Mørk Energi, er den kraft, der driver udvidelsen af universet. Blir mørk energi stærkere? Eller hvad med Dark Matter, der omfatter det meste af massen i universet. Vi ved, at vi ikke ved meget om det. Måske ved vi endnu mindre end det, og dens natur ændrer sig over tid.
”Vi ved så lidt om de mørke dele af universet, det er vigtigt at måle, hvordan de skubber og trækker rummet hen over den kosmiske historie,” sagde Lucas Macri fra Texas A&M University i College Station, en nøglesamarbejder i studiet.
Holdet arbejder stadig med Hubble for at mindske usikkerheden i målingerne af ekspansionstakten. Instrumenter som James Webb-rumteleskopet og det europæiske ekstremt store teleskop kan muligvis hjælpe med at forfine målingerne endnu mere og hjælpe med at løse dette overbevisende problem.
