Teleskop Webba potwierdza, że wszechświat rozszerza się w nieoczekiwanym tempie

Źródło: NASA

Dwa lata danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba NASA potwierdziły wcześniejsze odkrycie Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, że ​​tempo ekspansji wszechświata jest szybsze - o około 8% - niż można by się spodziewać na podstawie wiedzy astrofizyków o początkowych warunkach w kosmosie i jego ewolucji na przestrzeni miliardów lat. Ta rozbieżność nazywa się napięciem Hubble'a. Obserwacje wykonane za pomocą teleskopu Webba, najskuteczniejszego teleskopu kosmicznego, jaki kiedykolwiek wybudowano, zdają się wykluczać tezę, że dane z jego poprzednika, Hubble'a, były w jakiś sposób wadliwe ze względu na błąd instrumentu.

„To największa próbka danych z Teleskopu Webba – jego pierwsze dwa lata w kosmosie – i potwierdza zagadkowe odkrycie Teleskopu Hubble’a, z którym zmagamy się od dekady – wszechświat rozszerza się teraz szybciej, niż mogą to wyjaśnić nasze najlepsze teorie” – powiedział astrofizyk Adam Riess z Johns Hopkins University w Maryland, główny autor badania opublikowanego w poniedziałek w Astrophysical Journal, otwiera nową kartę.

„Tak, wygląda na to, że w naszym rozumieniu wszechświata czegoś brakuje” – dodał Riess, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 2011 r. za współodkrycie przyspieszającej ekspansji wszechświata. „Nasze rozumienie wszechświata zawiera wiele niewiedzy na temat dwóch elementów – ciemnej materii i ciemnej energii – a stanowią one 96% wszechświata, więc to nie jest błaha sprawa”.

„Wyniki uzyskane przez Webba można interpretować jako sugerujące, że być może istnieje potrzeba zrewidowania naszego modelu wszechświata, choć w tej chwili bardzo trudno jest określić, co to będzie” – powiedział Siyang Li, doktorant astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa oraz współautor badania.

Uważa się, że ciemna materia stanowi około 27% wszechświata. Hipotetyczna forma materii jest niewidoczna, ale jej istnienie można wnioskować na podstawie jej grawitacyjnego wpływu na zwykłą materię – gwiazdy, planety, księżyce i wszystko, co znajduje się na Ziemi – która stanowi około 5% wszechświata. Uważa się, że ciemna energia stanowi około 69% wszechświata. Hipotetyczna forma energii wypełnia ogromne połacie przestrzeni, przeciwdziała grawitacji i powoduje przyspieszenie rozszerzania się wszechświata. Jak można wyjaśnić anomalię tempa ekspansji?

„Istnieje wiele hipotez, które zakładają, że ciemna materia, ciemna energia, ciemne promieniowanie (na przykład neutrina (rodzaj widmowych cząstek subatomowych) lub sama grawitacja mają pewne egzotyczne właściwości i mogą stanowić możliwe wyjaśnienia” – powiedział Riess.

Naukowcy zastosowali trzy różne metody, aby zmierzyć konkretną metrykę ostrzegawczą - odległości od Ziemi do galaktyk, w których udokumentowano rodzaj pulsującej gwiazdy zwanej cefeidami. Pomiary Webba i Hubble'a były zgodne. Tempo ekspansji wszechświata, wartość zwana stałą Hubble'a, mierzona jest w kilometrach na sekundę na megaparsek, co odpowiada 3,26 milionom lat świetlnych. Rok świetlny to odległość, jaką światło pokonuje w ciągu roku, 5,9 biliona mil (9,5 biliona km). Zgodnie ze standardowym modelem kosmologii - zasadniczo konwencjonalną mądrością dotyczącą wszechświata - wartość stałej Hubble'a powinna wynosić około 67-68. Dane Hubble'a i Webba podają wartość średnio około 73, z zakresem około 70-76. Wydarzenie Wielkiego Wybuchu 13-14 miliardów lat temu zapoczątkowało wszechświat, który od tamtej pory się rozszerza. Naukowcy w 1998 roku ujawnili, że ta ekspansja faktycznie przyspieszała, a hipotetycznym powodem była ciemna energia. Nowe badanie dotyczyło danych Webba obejmujących około jednej trzeciej pełnego zestawu galaktyk Hubble'a. Naukowcy ogłosili w 2023 r., że wcześniejsze tymczasowe dane Webba potwierdziły ustalenia Hubble'a. W jaki więc sposób można rozwiązać tę zagadkę napięcia Hubble'a?

„Potrzebujemy więcej danych, aby lepiej scharakteryzować tę wskazówkę. Jakiej dokładnie jest wielkości (rozbieżności)? Czy niezgodność jest na dolnym końcu - 4-5% - czy na górnym końcu - 10-12% - tego, co pozwalają obecne dane? W jakim zakresie czasu kosmicznego występuje? To dodatkowo poszerzy nasze pomysły” - powiedział Riess.