Noe er ikke helt riktig i universet. I hvert fall basert på alt fysikere vet så langt. Stjerner, galakser, sorte hull og alle de andre himmelske gjenstandene kaster seg bort fra hverandre stadig raskere over tid. Tidligere målinger i vårt lokale nabolag av universet finner ut at universet eksploderer utover raskere enn det var i begynnelsen. Det burde ikke være tilfelle, basert på forskernes beste deskriptor av universet.
Hvis målingene deres av en verdi kjent som Hubble Constant er riktige, betyr det at den nåværende modellen mangler avgjørende ny fysikk, for eksempel uberettiget for grunnleggende partikler, eller noe rart som skjer med det mystiske stoffet kjent som mørk energi.
Nå, i en ny studie, publisert 22. januar i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, har forskere målt Hubble Constant på en helt ny måte, og bekrefter at universet faktisk utvider seg raskere nå enn det var i dets tidlige dager.
"Noe interessant som skjer"
For å forklare hvordan universet gikk fra en bitteliten, varm, tett flekk av suppet plasma til den enorme vidder vi ser i dag, har forskere foreslått det som er kjent som Lambda Cold Dark Matter (LCDM) -modellen. Modellen setter begrensninger for egenskapene til mørk materie, en slags materie som utøver gravitasjonstrekk, men avgir ikke lys og mørk energi, som ser ut til å motsette seg tyngdekraften. LCDM kan med suksess reprodusere strukturen til galakser og den kosmiske mikrobølgebakgrunnen - universets første lys - samt mengden hydrogen og helium i universet. Men det kan ikke forklare hvorfor universet utvider seg raskere nå enn det gjorde tidlig.
Det betyr at enten LCDM-modellen er feil, eller målingene av utvidelsesgraden er.
Den nye metoden tar sikte på å endelig avgjøre utvidelsesraten-debatten, fortalte Simon Birrer, forsker ved University of California, Los Angeles, og hovedforfatter på den nye studien, til Live Science. Så langt bekrefter de nye, uavhengige målingene avviket, noe som antyder at ny fysikk kan være nødvendig.
For å spikre Hubbles Constant hadde forskere tidligere brukt flere forskjellige metoder. Noen brukte supernovaer i det lokale universet (den nærliggende delen av universet), og andre har vært avhengige av Cepheids, eller typer stjerner som pulserer og flimrer regelmessig i lysstyrke. Atter andre har studert den kosmiske bakgrunnsstrålingen.
Den nye forskningen brukte en teknikk som involverer lys fra kvasarer - ekstremt lyse galakser drevet av massive sorte hull - i et forsøk på å bryte slips.
"Uansett hvor forsiktig et eksperiment er, kan det alltid være en viss effekt som er innebygd i de slags verktøyene de bruker for å utføre den målingen. Så når en gruppe kommer som denne og bruker et helt annet sett med verktøy ... og får det samme svaret, så kan du ganske raskt konkludere med at det svaret ikke er et resultat av noen alvorlig effekt på teknikkene, "sa Adam Riess, en nobelprisvinner og forsker ved Space Telescope Science Institute og ved Johns Hopkins University. "Jeg tror at tilliten vår vokser til at det er noe veldig interessant som skjer," sa Riess, som ikke var involvert i studien, til Live Science.
Ser dobbelt
Slik fungerte teknikken: Når lys fra en kvasar passerer en mellomliggende galakse, fører tyngdekraften fra galaksen til at lyset "bøyes gravitasjonsmessig" før det treffer Jorden. Galaksen fungerte som en linse for å forvrenge kvasarens lys i flere kopier - oftest to eller fire avhengig av kvasarenes innretting i forhold til galaksen. Hver av disse kopiene reiste en litt annen bane rundt galaksen.
Kvasarer skinner vanligvis ikke jevnlig som mange stjerner. På grunn av materiale som faller i de sentrale sorte hullene, endrer de seg i lysstyrke på skalaer fra timer til millioner av år. Når et kvasars bilde linses opp i flere kopier med ulik lysbane, vil enhver endring i kvasarens lysstyrke resultere i en subtil flimring mellom kopiene, ettersom lys fra visse kopier tar et stykke lengre tid å nå jorden.
Fra dette avviket kunne forskere nøyaktig bestemme hvor langt vi er fra både kvasaren og mellomgalaksen. For å beregne Hubble-konstanten, sammenlignet astronomer deretter den avstanden til objektets rødforskyvning, eller forskyvningen i bølgelengder av lys mot den røde enden av spekteret (som viser hvor mye objektets lys har strukket seg etter hvert som universet utvides).
Å studere lys fra systemer som lager fire bilder, eller kopier, av en kvasar har blitt gjort i det siste. Men i den nye artikkelen demonstrerte Birrer og hans samarbeidspartnere med suksess at det er mulig å måle Hubble Constant fra systemer som bare skaper et dobbeltbilde av kvasaren. Dette øker antallet systemer som kan studeres dramatisk, noe som til slutt vil tillate Hubble Constant å måles mer nøyaktig.
"Bilder av kvasarer som vises fire ganger er veldig sjeldne - det er kanskje bare 50 til 100 over hele himmelen, og ikke alle er lyse nok til å bli målt," sa Birrer til Live Science. "Dobbeltlinsede systemer er imidlertid hyppigere med omtrent en faktor fem."
De nye resultatene fra et dobbeltlinset system, kombinert med tre andre tidligere målte firedoblet linsesystemer, satte verdien for Hubble Constant på 72,5 kilometer per sekund per megaparsek; Det er i samsvar med andre lokale universmålinger, men fremdeles rundt 8 prosent høyere enn målingene fra det fjerne universet (det eldre eller tidlige universet). Etter hvert som den nye teknikken blir brukt på flere systemer, vil forskere være i stand til å hjemfeste den eksakte forskjellen mellom fjerne (eller tidlige) universmålinger og lokale (nyere) universmålinger.
"Nøkkelen er å gå fra et punkt der vi sier, ja, disse tingene er ikke enige, å ha et veldig presist mål på nivået de ikke er enige om, for til slutt vil det være ledetråden som tillater teori for å si hva som skjer, "sa Riess til Live Science.
Å måle Hubble-konstanten nøyaktig hjelper forskere å forstå mer enn bare hvor raskt universet flyr fra hverandre. Verdien er avgjørende for å bestemme universets alder og den fysiske størrelsen på fjerne galakser. Det gir også astronomer ledetråder om mengden mørk materie og mørk energi der ute.
Når det gjelder å forklare hva som muligens eksotisk fysikk kan forklare deres misforhold i målinger av ekspansjonshastighet, er det langt ned på linjen.
