Något är inte riktigt rätt i universum. Åtminstone baserat på allt fysiker vet hittills. Stjärnor, galaxer, svarta hål och alla andra himmelsföremål skada bort från varandra allt snabbare med tiden. Tidigare mätningar i vårt lokala grannskap i universum upptäcker att universum exploderar utåt snabbare än i början. Det borde inte vara fallet, baserat på forskarnas bästa beskrivning av universum.
Om deras mätningar av ett värde som kallas Hubble-konstanten är korrekta, betyder det att den nuvarande modellen saknar avgörande ny fysik, till exempel utan berättigade grundläggande partiklar, eller något konstigt som händer med det mystiska ämnet som kallas mörk energi.
Nu, i en ny studie, publicerad 22 januari i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, har forskare mät Hubble Constant på ett helt nytt sätt, vilket bekräftar att universumet verkligen expanderar snabbare nu än det var i dess tidiga dagar.
"Något intressant pågår"
För att förklara hur universum gick från en liten, het, tät fläck av soppig plasma till den vidsträckta vidsträckningen vi ser idag, har forskare föreslagit det som kallas Lambda Cold Dark Matter (LCDM) -modellen. Modellen sätter begränsningar för egenskaperna hos mörk materia, en typ av materia som utövar gravitationskraft men avger inget ljus och mörk energi, som verkar motsätta gravitationen. LCDM kan framgångsrikt reproducera galaxernas struktur och den kosmiska mikrovågsbakgrunden - universumets första ljus - såväl som mängden väte och helium i universum. Men det kan inte förklara varför universum expanderar snabbare nu än det gjorde tidigt.
Det betyder att antingen LCDM-modellen är fel eller att mätningarna av expansionshastigheten är.
Den nya metoden syftar till att slutligen lösa debatten om expansionshastighet, berättade Simon Birrer, en forskare vid University of California, Los Angeles, och huvudförfattare för den nya studien, Live Science. Hittills bekräftar de nya, oberoende mätningarna avvikelsen, vilket tyder på att ny fysik kan behövas.
För att spika upp Hubbles konstant hade forskare tidigare använt flera olika metoder. Vissa använde supernovor i det lokala universum (den närliggande delen av universum), och andra har förlitat sig på Cepheids, eller typer av stjärnor som pulserar och regelbundet flimmer i ljusstyrka. Ytterligare andra har studerat den kosmiska bakgrundsstrålningen.
Den nya forskningen använde en teknik som involverar ljus från kvasarer - extremt ljusa galaxer drivna av massiva svarta hål - i ett försök att bryta slips.
"Oavsett hur försiktigt ett experiment är, kan det alltid finnas någon effekt som är inbyggd i de typer av verktyg som de använder för att göra den mätningen. Så när en grupp kommer så här och använder en helt annan uppsättning verktyg ... och får samma svar, då kan du ganska snabbt dra slutsatsen att det svaret inte är ett resultat av någon allvarlig effekt i teknikerna, "sade Adam Riess, en nobelpristagare och forskare vid Space Telescope Science Institute och vid Johns Hopkins University. "Jag tror att vårt förtroende växer att det finns något riktigt intressant på gång," berättade Riess, som inte deltog i studien, till Live Science.
Ser dubbelt
Så här fungerade tekniken: När ljuset från en kvasar passerar en mellanliggande galax förorsakar tyngdekraften från galaxen att ljuset "böjs" tyngd innan det träffar jorden. Galaxen fungerade som en lins för att förvrida kvasarens ljus i flera kopior - oftast två eller fyra beroende på kvasars inriktning i förhållande till galaxen. Var och en av dessa exemplar reste en något annan väg runt galaxen.
Kvasarer lyser vanligtvis inte stadigt som många stjärnor. På grund av material som faller in i deras centrala svarta hål förändras de i ljusstyrka på våg av timmar till miljoner år. Således, när en kvasars bild linsas i flera kopior med ojämna ljusbanor, kommer varje förändring i kvasarens ljusstyrka att resultera i en subtil flimring mellan kopiorna, eftersom ljus från vissa kopior tar en touch längre tid att nå jorden.
Från denna skillnad kunde forskare exakt bestämma hur långt vi är från både kvasaren och mellanliggande galaxen. För att beräkna Hubble-konstanten jämförde astronomer sedan det avståndet till objektets rödförskjutning eller förskjutningen i våglängder för ljuset mot den röda änden av spektrumet (som visar hur mycket objektets ljus har sträckt när universum expanderar).
Studera ljus från system som skapar fyra bilder eller kopior av en kvasar har gjorts tidigare. Men i den nya artikeln visade Birrer och hans medarbetare framgångsrikt att det är möjligt att mäta Hubble Constant från system som skapar bara en dubbelbild av kvasaren. Detta ökar dramatiskt antalet system som kan studeras, vilket i slutändan gör det möjligt att mäta Hubble-konstanten mer exakt.
"Bilder av kvasarer som visas fyra gånger är mycket sällsynta - det finns kanske bara 50 till 100 över hela himlen, och inte alla är ljusa nog för att kunna mätas," berättade Birrer till Live Science. "Dubbellinsade system är emellertid mer frekventa med ungefär en faktor fem."
De nya resultaten från ett dubbelt linsat system, i kombination med tre andra tidigare uppmätta fyrdubbla linssystem, sätter värdet för Hubble Constant på 72,5 kilometer per sekund per megaparsek; det är i överensstämmelse med andra lokala universummätningar, men fortfarande cirka 8 procent högre än mätningarna från det avlägsna universum (det äldre eller tidiga universum). När den nya tekniken tillämpas på fler system kommer forskare att kunna hämta in den exakta skillnaden mellan avlägsna (eller tidiga) universum och lokala (nyare) universummätningar.
"Nyckeln är att gå från en punkt där vi säger, ja, de här sakerna håller inte med, att ha ett mycket exakt mått på vilken nivå de inte håller med på, för i slutändan kommer det att vara ledtråd som tillåter teori för att säga vad som händer, "berättade Riess för Live Science.
Att exakt mäta Hubble Constant hjälper forskare att förstå mer än bara hur snabbt universum flyger isär. Värdet är avgörande för att bestämma universumets ålder och den fysiska storleken på avlägsna galaxer. Det ger också astronomer ledtrådar om mängden mörk materia och mörk energi där ute.
När det gäller att förklara vad som eventuellt exotisk fysik kan förklara deras missanpassning i expansionshastighetsmätningar, är det långt ner i raden.
