Precis när vi tror att vi förstår universum ganska bra, kommer några astronomer att stötta allt. I det här fallet har något väsentligt för allt vi vet och ser vänt på huvudet: expansionshastigheten för universum själv, alias Hubble Constant.
Ett team av astronomer som använder Hubble-teleskopet har bestämt att expansionshastigheten är mellan fem och nio procent snabbare än tidigare uppmätt. Hubble Constant är inte någon nyfikenhet som kan skyddas förrän nästa framsteg i mätningen. Det är en del av själva naturen av allt som finns.
"Denna överraskande upptäckt kan vara en viktig ledtråd för att förstå de mystiska delarna av universum som utgör 95 procent av allt och inte avger ljus, som mörk energi, mörk materia och mörk strålning," sade studieledaren och nobelpristagaren Adam Riess från Space Telescope Science Institute och Johns Hopkins University, båda i Baltimore, Maryland.
Men innan vi kommer in på konsekvenserna av denna studie, låt oss göra en säkerhetskopiering lite och titta på hur Hubble Constant mäts.
Att mäta expansionshastigheten för universum är en svår affär. Med bilden längst upp fungerar det så här:
- Inom Vintergatan används Hubble-teleskopet för att mäta avståndet till Cepheid-variabler, en typ av pulserande stjärna. Parallax används för att göra detta, och parallax är ett grundläggande geometriverktyg, som också används vid mätningar. Astronomer vet vad Cepheids verkliga ljusstyrka är, så att jämföra det med deras uppenbara ljusstyrka från jorden ger en exakt mätning av avståndet mellan stjärnan och oss. Deras pulsationsgrad finjusterar också avståndsberäkningen. Cepheid-variabler kallas ibland ”kosmiska måttstockar” av detta skäl.
- Sedan vänder astronomer sikten mot andra närliggande galaxer som inte bara innehåller Cepheid-variabler, utan också typ 1a supernova, en annan välkänd stjärntyp. Dessa supernovaer, som naturligtvis är exploderande stjärnor, är en annan pålitlig mål för astronomer. Avståndet till dessa galaxer erhålls genom att använda Cepheids för att mäta supernovans verkliga ljusstyrka.
- Därefter pekar astronomer Hubble på galaxer som är ännu längre bort. Dessa är så avlägsna att inga Cepheider i dessa galaxer inte kan ses. Men supernovaer av typ 1a är så ljusa att de kan ses, även på dessa enorma avstånd. Sedan jämför astronomer de verkliga och uppenbara ljusstyrkorna i supernovorna för att mäta ut det avstånd där universums expansion kan ses. Ljuset från de avlägsna supernovorna är "rödförskjutet", eller sträckt, genom utbyggnaden av rymden. När det uppmätta avståndet jämförs med det röda skiftet av ljuset, ger det en mätning av hastigheten för utbyggnaden av universum.
- Ta ett djupt andetag och läs allt det igen.
Den stora delen av allt detta är att vi har en ännu mer exakt mätning av universumets expansionshastighet. Osäkerheten i mätningen är nere till 2,4%. Den utmanande delen är att den här utvidgningshastigheten för det moderna universum inte följer med mätningen från det tidiga universum.
Utvidgningshastigheten för det tidiga universum erhålls från vänsterstrålningen från Big Bang. När den kosmiska efterglödningen mäts av NASA: s Wilkinson Microbienisisroproprobe (WMAP) och ESA: s Planck-satellit ger den en mindre expansionshastighet. Så de två står inte i linje. Det är som att bygga en bro, där konstruktionen börjar i båda ändarna och bör raderas när du kommer till mitten. (Varning: Jag har ingen aning om broar är byggda så.)
"Du börjar i två ändar, och du förväntar dig att träffas i mitten om alla dina ritningar är rätt och dina mått är rätt," sade Riess. "Men nu är ändarna inte riktigt mötande i mitten och vi vill veta varför."
”Om vi känner till de ursprungliga mängderna saker i universum, till exempel mörk energi och mörk materia, och vi har fysiken korrekt, kan du gå från en mätning vid tiden kort efter big bang och använda den förståelsen för att förutsäga hur snabbt bör universum utvidgas idag, sade Riess. "Men om detta avvikelse kvarstår, verkar det som om vi inte har rätt förståelse, och det förändrar hur stor Hubble-konstanten ska vara idag."
Varför det inte alla lägger till är det roliga, och kanske galna, en del av detta.
Det vi kallar Dark Energy är den kraft som driver utbyggnaden av universum. Blir mörkare energi starkare? Eller hur är det med Dark Matter, som omfattar större delen av massan i universum. Vi vet att vi inte vet mycket om det. Kanske vet vi ännu mindre än det, och dess natur förändras över tiden.
"Vi vet så lite om de mörka delarna av universum, det är viktigt att mäta hur de pressar och drar på rymden över kosmisk historia," sa Lucas Macri från Texas A&M University i College Station, en viktig samarbetspartner i studien.
Teamet arbetar fortfarande med Hubble för att minska osäkerheten i mätningarna av expansionshastigheten. Instrument som James Webb Space Telescope och European Extremely Large Telescope kan hjälpa till att förfina mätningen ännu mer och hjälpa till att ta itu med detta övertygande problem.
