Akkurat når vi tror vi forstår universet ganske bra, kommer noen astronomer for å oppmuntre alt. I dette tilfellet har noe viktig for alt vi vet og ser blitt snudd på hodet: utvidelsesgraden til selve universet, også kalt Hubble Constant.
Et team av astronomer som bruker Hubble-teleskopet, har bestemt at ekspansjonshastigheten er mellom fem og ni prosent raskere enn tidligere målt. Hubble Constant er ikke noen nysgjerrighet som kan skrinlegges før de neste fremskritt i måling. Det er en del av selve naturen til alt det som eksisterer.
"Dette overraskende funnet kan være en viktig ledetråd for å forstå de mystiske delene av universet som utgjør 95 prosent av alt og ikke avgir lys, for eksempel mørk energi, mørk materie og mørk stråling," sa studieleder og nobelprisvinneren Adam Riess fra Space Telescope Science Institute og Johns Hopkins University, begge i Baltimore, Maryland.
Men før vi kommer inn på konsekvensene av denne studien, la oss ta sikkerhetskopi litt og se på hvordan Hubble Constant måles.
Å måle utvidelsesgraden til universet er en vanskelig virksomhet. Ved å bruke bildet øverst fungerer det slik:
- Innen Melkeveien brukes Hubble-teleskopet for å måle avstanden til Cepheid-variabler, en type pulserende stjerne. Parallax brukes til å gjøre dette, og parallax er et grunnleggende verktøy for geometri, som også brukes i kartlegging. Astronomer vet hva den sanne lysstyrken til Cepheids er, så å sammenligne det med deres tilsynelatende lysstyrke fra Jorden gir en nøyaktig måling av avstanden mellom stjernen og oss. Pulsasjonshastigheten deres finjusterer også avstandsberegningen. Cepheid-variabler kalles noen ganger "kosmiske målestokker" av denne grunn.
- Da vender astronomene sine synspunkter på andre nærliggende galakser som ikke bare inneholder Cepheid-variabler, men også type 1a supernova, en annen godt forstått type stjerne. Disse supernovaene, som selvfølgelig er eksploderende stjerner, er en annen pålitelig målestokk for astronomer. Avstanden til disse galaksene oppnås ved å bruke Cepheids for å måle supernovaenes virkelige lysstyrke.
- Deretter peker astronomer Hubble på galakser som er enda lenger unna. Disse er så fjerne at noen Cepheider i galaksen ikke kan sees. Men supernovaer av type 1a er så lyse at de kan sees, selv på disse enorme avstandene. Deretter sammenligner astronomer de virkelige og tilsynelatende lysstyrken til supernovaene for å måle avstanden der universets utvidelse kan sees. Lyset fra de fjerne supernovaene er "rødskiftet" eller strukket av romutvidelsen. Når den målte avstanden blir sammenlignet med den røde skiftingen av lyset, gir den en måling av hastigheten for utvidelsen av universet.
- Ta pusten dypt og les alt det igjen.
Den store delen av alt dette er at vi har en enda mer nøyaktig måling av ekspansjonshastigheten til universet. Usikkerheten i målingen er nede i 2,4%. Den utfordrende delen er at denne utvidelsesgraden av det moderne universet ikke følger med målingen fra det tidlige universet.
Ekspansjonshastigheten til det tidlige universet oppnås fra venstre stråling fra Big Bang. Når den kosmiske ettergløden måles av NASAs Wilkinson Microbiologi Anisotropy Probe (WMAP) og ESAs Planck-satellitt, gir den en mindre utvidelsesgrad. Så de to stiller ikke opp. Det er som å bygge en bro, der byggingen starter i begge ender og bør stille seg opp når du kommer til midten. (Advarsel: Jeg aner ikke om broer bygges sånn.)
"Du starter i to ender, og du forventer å møtes i midten hvis alle tegningene dine er riktige og målingene dine er riktig," sa Riess. "Men nå er endene ikke helt i midten, og vi vil vite hvorfor."
“Hvis vi kjenner de første mengdene med ting i universet, for eksempel mørk energi og mørk materie, og vi har fysikken riktig, kan du gå fra en måling den gangen kort etter big bang og bruke den forståelsen til å forutsi hvordan fort universet skulle utvide i dag, sa Riess. "Imidlertid, hvis dette avviket holder seg, ser det ut til at vi kanskje ikke har riktig forståelse, og det endrer hvor stor Hubble-konstanten skal være i dag."
Hvorfor det ikke alt sammen er det morsomme, og kanskje irriterende, en del av dette.
Det vi kaller Dark Energy er kraften som driver utvidelsen av universet. Blir Dark Energy sterkere? Eller hva med Dark Matter, som omfatter mesteparten av massen i universet. Vi vet at vi ikke vet mye om det. Kanskje vi vet enda mindre enn det, og dets natur endrer seg over tid.
"Vi vet så lite om de mørke delene av universet, det er viktig å måle hvordan de presser og trekker på plass over den kosmiske historien," sa Lucas Macri fra Texas A&M University i College Station, en viktig samarbeidspartner i studien.
Teamet jobber fortsatt med Hubble for å redusere usikkerheten i målinger av ekspansjonshastigheten. Instrumenter som James Webb romteleskopet og det europeiske ekstremt store teleskopet kan hjelpe til med å avgrense målingen enda mer, og bidra til å løse dette overbevisende problemet.
