Det er et underlig mysterium som skjer i universet. Målinger av frekvensen av kosmisk ekspansjon ved bruk av forskjellige metoder fortsetter å være uenige resultater. Situasjonen har blitt kalt en "krise."
Problemet sentrerer seg om det som er kjent som Hubble-konstanten. Denne enheten er oppkalt etter den amerikanske astronomen Edwin Hubble og beskriver hvor raskt universet ekspanderer i forskjellige avstander fra Jorden. Ved å bruke data fra European Space Agency (ESA) Planck-satellitt, anslår forskere hastigheten til å være 46.200 mph per million lysår (eller ved å bruke kosmologenheter, 67,4 kilometer / sekund per megaparsek). Men beregninger som bruker pulserende stjerner kalt Cepheids antyder at den er 50 400 km / h per million lysår (73,4 km / s / Mpc).
Hvis det første tallet er riktig, betyr det at forskere har målt avstander til fjerne objekter i universet som er galt i mange tiår. Men hvis det andre er riktig, vil forskere kanskje måtte akseptere eksistensen av eksotisk, ny fysikk. Astronomer er forståelig nok ganske opparbeidet med dette avviket.
Hva skal en lekmann utarbeide av denne situasjonen? Og hvor viktig er denne forskjellen, som for utenforstående ser mindre ut? For å komme til bunns i sammenstøtet, ringte Live Science inn Barry Madore, en astronom ved University of Chicago og et medlem av et av lagene som foretok måling av Hubble-konstanten.
Problemet starter med Edwin Hubble selv. Tilbake i 1929 la han merke til at fjernere galakser beveget seg fra Jorden raskere enn deres nærmeste kolleger. Han fant et lineært forhold mellom avstanden et objekt var fra planeten vår og den hastigheten som den forsvant.
"Det betyr at noe uhyggelig skjer," sa Madore til Live Science. "Hvorfor skulle vi være sentrum av universet? Svaret, som ikke er intuitivt, er at vi ikke beveger oss. Det skapes mer og mer plass mellom alt."
Hubble innså at universet ekspanderte, og det så ut til å gjøre det i konstant takt - derav Hubble-konstanten. Han målte verdien til å være rundt 342 000 miles per time per million lysår (501 km / s / Mpc) - nesten 10 ganger større enn det som i dag er målt. Gjennom årene har forskere raffinert denne frekvensen.
Ting ble skremmende på slutten av 1990-tallet, da to team med astronomer la merke til at fjerne supernovas var svakere, og derfor lenger borte enn forventet, sa Madore. Dette indikerte at ikke bare universet ekspanderte, men det akselererte også i ekspansjonen. Astronomer kåret årsaken til dette mystiske fenomenet mørk energi.
Etter å ha akseptert at universet gjorde noe rart, vendte kosmologene seg til den neste åpenbare oppgaven: å måle akselerasjonen så nøyaktig som mulig. Ved å gjøre dette, håpet de å gjengi historien og utviklingen av kosmos fra start til slutt.
Madore liknet denne oppgaven med å gå inn på et løpebane og få et enkelt glimt av hestene som løper rundt på feltet. Kun fra den informasjonen, kunne noen trekke fra hvor alle hestene startet og hvilken av dem ville vinne?
Den slags spørsmål kan høres umulig ut å svare, men det har ikke hindret forskere i å prøve. De siste 10 årene har Planck-satellitten målt den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, et fjernt ekko av Big Bang, som gir et øyeblikksbilde av spedbarnsuniverset for 13 milliarder år siden. Ved hjelp av observatoriets data kunne kosmologer finne ut et tall for Hubble-konstanten med en usedvanlig liten grad av usikkerhet.
"Det er vakkert," sa Madore. Men, "det motsier det folk har gjort de siste 30 årene," sa Madore.
I løpet av de tre tiårene har astronomer også brukt teleskoper for å se på fjerne Cepheider og beregne Hubble-konstanten. Disse stjernene flimrer med en konstant hastighet avhengig av lysstyrken, slik at forskere kan fortelle nøyaktig hvor lys en Cepheid skal være basert på dens pulsasjoner. Ved å se på hvor svake stjernene faktisk er, kan astronomer beregne en avstand til dem. Men estimater av Hubble-konstanten ved bruk av Cepheids stemmer ikke overens med den fra Planck.
Avviket kan se ganske lite ut, men hvert datapunkt er ganske presist og det er ingen overlapping mellom usikkerhetene deres. De forskjellige sidene har spisset fingrene mot hverandre og sagt at motstanderne har inkludert feil som kaster resultatene, sier Madore.
Men, la han til, hvert resultat avhenger også av et stort antall forutsetninger. For å gå tilbake til hesteløpsanalogien likte Madore det med å prøve å finne ut vinneren mens han måtte utlede hvilken hest som først blir lei, noe som vil få et plutselig energiutbrudd på slutten, noe som vil skli litt på det våte gressplaster fra gårsdagens regn og mange andre vanskelige å bestemme variabler.
Hvis Cepheids-teamene tar feil, betyr det at astronomer har målt feil avstander i universet hele tiden, sa Madore. Men hvis Planck tar feil, er det mulig at ny og eksotisk fysikk måtte introduseres i kosmologenes modeller av universet, la han til. Disse modellene inkluderer forskjellige urskiver, for eksempel antall typer subatomære partikler kjent som nøytrinoer i eksistens, og de brukes til å tolke satellittens data om den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. For å forene Planck-verdien for Hubble-konstanten med eksisterende modeller, må noen av ringene måtte finjusteres, sa Madore, men de fleste fysikere er ikke helt villige til å gjøre det ennå.
I håp om å gi et annet datapunkt som kunne formidle mellom de to sidene, så Madore og kollegene nylig på lyset fra røde kjempestjerner. Disse objektene når den samme topplysstyrken på slutten av livet, noe som betyr at astronomer, som med Cepheidene, kan se på hvor svake de ser ut fra Jorden for å få et godt estimat for avstanden deres, og derfor beregne Hubble-konstanten.
Resultatene, som ble utgitt i juli, ga et antall på samme måte mellom de to tidligere målingene: 47 300 km / h per million lysår (69,8 km / s / Mpc). Og usikkerheten inneholdt nok overlapp til å potensielt stemme overens med Plancks resultater.
Men forskere spretter ikke champagnekorkene sine ennå, sa Madore. "Vi ønsket å lage uavgjort," sa han. "Men den sa ikke at denne siden eller den siden er riktig. Den sa at det var mye mer bakk enn alle trodde før."
Andre team har veid seg inn. En gruppe kalt H0-linser i COSMOGRAILs Wellspring (H0LICOW) ser på fjerne lyse objekter i det tidlige universet, kalt kvasarer hvis lys er blitt gravitasjonslinset av store gjenstander mellom oss og dem. Ved å studere disse kvasarene kom gruppen nylig med et anslag nærmere astronomenes side. Informasjon fra Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), som ser på gravitasjonsbølger fra krasjerende nøytronstjerner, kan gi et annet uavhengig datapunkt. Men slike beregninger er fremdeles i deres tidlige stadier, sa Madore, og har ennå ikke nådd full modenhet.
For hans del sa Madore at han tror mellomtallet mellom Planck og astronomenes verdi til slutt vil seire, selv om han ikke ville satse for mye på den muligheten for øyeblikket. Men inntil noen konklusjon er funnet, vil han gjerne se forskeres holdninger fortonet seg litt.
"Mye skum har blitt lagt på toppen av dette av folk som insisterer på at de har rett," sa han. "Det er tilstrekkelig viktig at det må løses, men det vil ta tid."
