Dwa sposoby mierzenia ekspansji i dwa różne wyniki
Kluczowy konflikt rozgrywa się między dwoma podejściami. Z jednej strony stoją pomiary oparte na obserwacjach „lokalnego” wszechświata – pobliskich gwiazd zmiennych czy wybuchach supernowych typu Ia. Te obserwacje są jak patrzenie na sąsiednie miasta przez teleskop; sugerują, iż kosmos rozszerza się z prędkością około 73 kilometrów na sekundę na megaparsek (km/s/Mpc). Oznacza to, że galaktyka oddalona o 3,26 miliona lat świetlnych od nas ucieka z prędkością 73 km/s. Z drugiej strony mamy spojrzenie w najdalszą przeszłość, na kosmiczne mikrofalowe tło (CMB). To najstarsze światło we wszechświecie, relikt z czasów, gdy kosmos miał zaledwie 380 tysięcy lat. Analiza tego promieniowania przez satelitę Planck daje wynik rzędu 67 km/s/Mpc. Ta luka, nazwana napięciem Hubble’a, od lat spędza sen z powiek astronomów. Tradycyjne metody, oparte na skomplikowanej „drabinie odległości”, mogą kumulować błędy na każdym szczeblu.
Czytaj też: Kometa 3I/ATLAS okazała się gościem z głębi galaktyki. NASA pokazała niezwykłe zdjęcia kosmicznego wędrowca
Zespół TDCOSMO postanowił ominąć całą drabinę, używając jako narzędzia zjawiska grawitacyjnego soczewkowania. Wyobraźmy sobie masywną galaktykę, która działa jak gigantyczna soczewka w kosmosie. Zakrzywia ona przestrzeń wokół siebie, dzięki czemu światło odległego kwazara – niezwykle jasnego jądra aktywnej galaktyki – podąża do nas kilkoma różnymi drogami. Widzimy wtedy kilka obrazów tego samego obiektu.
Aby zmierzyć stałą Hubble’a za pomocą kosmografii z opóźnieniem czasowym, potrzebna jest naprawdę masywna galaktyka, która może działać jako soczewka. Grawitacja tej soczewki odchyla światło od obiektów ukrywających się za nią wokół siebie, więc widzimy ich zniekształconą wersję – opisuje Eric Wong, członek zespołu badawczego
Ponieważ kwazary są zmienne, a każde ze świateł pokonuje nieco inną drogę, zmiany ich jasności docierają do nas w różnym czasie. Mierząc te opóźnienia i precyzyjnie modelując rozkład masy soczewkującej galaktyki, naukowcy potrafią obliczyć odległości bez odwoływania się do innych gwiazd czy supernowych. To metoda wymagająca, ale dająca bezpośredni pomiar. W badaniu przeanalizowano osiem takich układów, wykorzystując dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, teleskopów Kecka oraz Bardzo Dużego Teleskopu w Chile.
Trend jest jasny i niepokojący
Kluczem do sukcesu było precyzyjne zmierzenie ruchów gwiazd w galaktykach-soczewkach, co pozwoliło lepiej zrozumieć ich masę. Całą analizę przeprowadzono metodą „ślepą”, by uniknąć nieświadomego dopasowywania wyników do oczekiwań. Ostateczny wynik to wartość stałej Hubble’a równa 71,6 km/s/Mpc, z niepewnością na poziomie 4,6%. To wartość znacznie bliższa pomiarom lokalnym (73 km/s/Mpc) niż danym z mikrofalowego tła (67 km/s/Mpc). Co ważne, precyzja pomiaru niemal się podwoiła w stosunku do poprzednich prac tego zespołu. Naukowcy są jednak świadomi, że to wciąż za mało, by rozstrzygnąć sprawę ostatecznie. Siła tego pomiaru leży w jego niezależności. Nie opiera się ani na lokalnej drabinie odległości, ani na założeniach o wczesnym wszechświecie wynikających z analizy CMB. To trzeci, samodzielny głos w sprawie, który mówi to samo co pomiary lokalne.
Jeśli napięcie Hubble’a okaże się prawdziwe, a nie artefaktem błędów pomiarowych, konsekwencje będą fundamentalne. Standardowy model kosmologiczny, znany jako Lambda-CDM, który świetnie tłumaczył przez lata niemal wszystkie obserwacje, może okazać się niekompletny. Fizycy rozważają już różne egzotyczne scenariusze: istnienie nieznanych dotąd cząstek, wczesne formy ciemnej energii czy nawet modyfikacje samej teorii grawitacji Einsteina. Dla wielu badaczy taka perspektywa, choć burząca dotychczasowy porządek, jest źródłem ekscytacji. Kryzys w nauce to często początek wielkiego skoku naprzód. Zespół TDCOSMO planuje zwiększać precyzję, analizując kolejne soczewkowane kwazary. Celem jest zejście z niepewnością poniżej 2%, co może pozwolić na ostateczne rozstrzygnięcie sprawy. Niezależnie od wyniku, obecna sytuacja wyraźnie pokazuje, że kosmologia nie jest nauką zamkniętą.