Dwie metody pomiaru dają różne wyniki
Stała Hubble’a to podstawowy parametr opisujący tempo rozszerzania się wszechświata. Problem pojawia się, gdy astronomowie próbują ją zmierzyć na różne sposoby. Obserwacje pobliskich galaktyk dają inną wartość niż pomiary pochodzące z analizy kosmicznego promieniowania tła, czyli najstarszego światła we wszechświecie emitowanego zaledwie 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Teoretycznie obie metody powinny prowadzić do zbliżonych wyników, przynajmniej w granicach dopuszczalnego błędu. Tymczasem różnica jest na tyle znacząca, iż nie da się jej dłużej ignorować. Misja Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej pierwsza zwróciła uwagę na ten problem, a teraz ACT dostarczył potwierdzenia.
Czytaj też: Energetyczny przełom? To tak, jakby do teleskopu Hubble’a dołożyć mikroskop elektronowy
Nasze nowe wyniki pokazują, że stała Hubble’a wywnioskowana z danych CMB ACT zgadza się z tą z Plancka – nie tylko z danych temperaturowych, ale także z polaryzacyjnych, co czyni rozbieżność Hubble’a jeszcze bardziej solidną – relacjonuje Colin Hill z Columbia University
Tak zwane napięcie Hubble’a przestało być ciekawostką statystyczną, a stało się poważnym wyzwaniem dla współczesnej kosmologii. Gdy dwie niezależne, precyzyjne metody pomiaru dają sprzeczne wyniki, oznacza to albo problem z pomiarami, albo z naszym rozumieniem fizyki.
Teoretyczne ślepe uliczki
Przez ostatnie lata naukowcy próbowali rozwiązać tę zagadkę, proponując różne modyfikacje standardowego modelu kosmologicznego. Powstało około trzydziestu tzw. modeli rozszerzonych, które miały pogodzić sprzeczne pomiary. Najnowsze dane z ACT skutecznie zamykają tę drogę poszukiwań.
Zniknęły. Oceniliśmy je całkowicie niezależnie. Nie próbowaliśmy ich obalić, a jedynie zbadać. I wynik jest jasny: nowe obserwacje, w nowych skalach i w polaryzacji, praktycznie usunęły możliwość tego rodzaju ćwiczeń – dodaje Erminia Calabrese z Cardiff University
Choć ograniczenie możliwości teoretycznych może wydawać się krokiem wstecz, w rzeczywistości pomaga skoncentrować wysiłki na bardziej obiecujących kierunkach badań. Zamiast tracić czas na sprawdzone już ścieżki, kosmolodzy mogą skupić się na poszukiwaniu zupełnie nowych rozwiązań. Teleskop ACT dysponował istotną przewagą technologiczną nad swoim poprzednikiem – większym zwierciadłem o średnicy sześciu metrów. Dzięki lokalizacji na chilijskiej pustyni Atacama na wysokości około 5000 metrów osiągnął znacznie wyższą rozdzielczość niż satelita Planck.
Polaryzacja światła dostarcza dodatkowych informacji o wczesnym Wszechświecie, których sama temperatura promieniowania nie jest w stanie ujawnić. Podczas gdy Planck koncentrował się głównie na pomiarach temperatury, ACT specjalizował się w mapowaniu polaryzacji kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła. Oba zestawy danych doskonale się uzupełniają, tworząc bardziej kompletny obraz początków kosmosu. To pierwszy przypadek, gdy nowy eksperyment nie tylko dorównał możliwościom obserwacyjnym Plancka, lecz w niektórych aspektach je przewyższył.
Co dalej z kosmologią?
Dane z ACT zostały udostępnione całej społeczności naukowej, co otwiera nowe możliwości badawcze. Podstawowe pytanie pozostaje jednak bez odpowiedzi: jeśli standardowy model kosmologiczny i jego modyfikacje nie działają, to co właściwie jest nie tak z naszym rozumieniem wszechświata? Napięcie Hubble’a utrzymuje się przy każdym nowym, dokładniejszym pomiarze. Wygląda na to, iż kosmologia stoi przed wyzwaniem porównywalnym do rewolucji, jaką fizyka przeżywała na początku ubiegłego wieku. Ale czy jesteśmy gotowi na tak fundamentalną zmianę w postrzeganiu kosmosu?