Μια νέα μελέτη ρίχνει φως σε ένα από τα μεγαλύτερα και πιο επίμονα αινίγματα της σύγχρονης κοσμολογίας: τη λεγόμενη «ένταση του Hubble». Η θεωρία που επανέρχεται στο προσκήνιο προτείνει ότι η Γη, ο Γαλαξίας και η γειτονική κοσμική περιοχή ενδέχεται να βρίσκονται στο εσωτερικό ενός τεράστιου κενού, μιας περιοχής με σημαντικά χαμηλότερη πυκνότητα από τον μέσο όρο του Σύμπαντος. Αν ισχύει αυτό, ίσως τελικά λύνεται το μυστήριο της διαφοράς στις μετρήσεις για την ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος.
Η νέα αυτή προσέγγιση ενισχύεται από την ανάλυση των λεγόμενων βαρυονικών ακουστικών ταλαντώσεων (BAOs), κυματισμοί στην ύλη που δημιουργήθηκαν αμέσως μετά το Big Bang και συχνά περιγράφονται ως «ο ήχος της γέννησης του Σύμπαντος». Οι παρατηρήσεις των BAOs, σύμφωνα με τον ερευνητή Indranil Banik από το University of Portsmouth, υποστηρίζουν την ύπαρξη μιας τοπικής περιοχής μειωμένης πυκνότητας, γνωστής και ως «Hubble bubble».
Το πρόβλημα ξεκινά από το γεγονός ότι η σταθερά Hubble (ο ρυθμός με τον οποίο διαστέλλεται το Σύμπαν) προκύπτει με διαφορετικές τιμές ανάλογα με τη μέθοδο μέτρησης. Όταν υπολογίζεται από παρατηρήσεις στον κοντινό μας κόσμο (όπως υπερκαινοφανείς τύπου Ia ή μεταβλητούς αστέρες), εμφανίζεται μεγαλύτερη απ’ ό,τι όταν υπολογίζεται με βάση το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB), την «ακτινοβολία του αρχέγονου Σύμπαντος» που μελετάται μέσω του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλου Lambda-CDM.
Η πρόταση του Banik και της ομάδας του είναι ότι αυτή η ασυμφωνία (γνωστή ως ένταση του Hubble) δεν αποτελεί πρόβλημα της θεωρίας αλλά της τοπικής γεωγραφίας μας μέσα στο Σύμπαν. Σύμφωνα με την έρευνα, αν η περιοχή όπου βρισκόμαστε είναι λιγότερο πυκνή από τον υπόλοιπο κοσμικό χώρο, τότε η ύλη έλκεται προς τις εξωτερικές, πιο πυκνές περιοχές. Το αποτέλεσμα είναι ένα φαινόμενο επιτάχυνσης της τοπικής διαστολής, που δίνει την εντύπωση ότι το Σύμπαν επεκτείνεται πιο γρήγορα από όσο πράγματι συμβαίνει παγκοσμίως.
Για να ισχύει αυτή η υπόθεση, η λεγόμενη Hubble bubble θα πρέπει να εκτείνεται σε μια διάμετρο περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, ενώ η πυκνότητά της θα πρέπει να είναι περίπου 20% χαμηλότερη από τον κοσμικό μέσο όρο. Παρατηρήσεις στον αριθμό των γαλαξιών σε τοπική κλίμακα υποδεικνύουν πράγματι μειωμένη πυκνότητα, προσφέροντας έμμεση στήριξη στη θεωρία.
Ωστόσο, ένα βασικό πρόβλημα αυτής της ερμηνείας είναι ότι δεν συμβαδίζει εύκολα με το μοντέλο Lambda-CDM, το οποίο προτείνει πως η ύλη στο Sύμπαν είναι κατανεμημένη ομοιογενώς και ισοτροπικά. Με άλλα λόγια, ένα τόσο εκτεταμένο κενό φαίνεται να παραβιάζει τις βασικές αρχές της καθιερωμένης κοσμολογίας.
Εδώ είναι που επανέρχονται στο προσκήνιο οι BAOs. Οι κυματισμοί αυτοί, που πάγωσαν όταν το Σύμπαν ψυχράνθηκε αρκετά ώστε να σχηματιστούν ουδέτερα άτομα, λειτουργούν ως ένα είδος «μέτρου» για την παρακολούθηση της διαστολής. Σύμφωνα με τον Banik, η ύπαρξη ενός τοπικού κενού αλλοιώνει ελαφρώς τη σχέση μεταξύ της γωνιακής κλίμακας των BAOs και της ερυθρής μετατόπισης (redshift). Οι ταχύτητες που προκαλεί η βαρύτητα του κενού προσθέτουν επιπλέον μετατόπιση στο φως που παρατηρούμε.
Αναλύοντας όλα τα δεδομένα των τελευταίων 20 ετών, ο Banik κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το μοντέλο που περιλαμβάνει την ύπαρξη ενός κενού είναι περίπου 100 εκατομμύρια φορές πιο πιθανό από το ομοιογενές μοντέλο του Planck, το οποίο στηρίζεται αποκλειστικά στο CMB.
Το επόμενο βήμα για την ομάδα είναι η σύγκριση του προτεινόμενου μοντέλου με άλλα σενάρια που επιχειρούν να χαρτογραφήσουν την ιστορία διαστολής του Σύμπαντος. Στο επίκεντρο της προσπάθειας αυτής βρίσκονται οι λεγόμενοι «κοσμικοί χρονομέτρες», όπως οι μεγάλοι γαλαξίες, των οποίων η ηλικία μπορεί να εκτιμηθεί από την παρατήρηση των άστρων τους. Συγκρίνοντας την ηλικία ενός γαλαξία με την ερυθρή μετατόπιση του φωτός του, μπορεί κανείς να κατανοήσει καλύτερα πώς εξελίχθηκε ο ρυθμός διαστολής στο πέρασμα του κοσμικού χρόνου.
Η έρευνα παρουσιάστηκε από τον Banik τη Δευτέρα 7 Ιουλίου, στο Εθνικό Συνέδριο Αστρονομίας του Βασιλικού Αστρονομικού Συλλόγου στο Πανεπιστήμιο Durham του Ηνωμένου Βασιλείου. Αν το μοντέλο του κερδίσει έδαφος, ίσως βρισκόμαστε ένα βήμα πιο κοντά στη λύση ενός από τα σημαντικότερα μυστήρια της σύγχρονης επιστήμης και, μαζί του, στη βαθύτερη κατανόηση του κοσμικού μας τόπου.
[via]
