Nauka Wiedza

Tempo ekspansji Wszechświata

Kosmolodzy mogą dość dobrze opisać wszechświat za pomocą modelu opartego na sześciu wielkościach, w tym tempie ekspansji wszechświata i gęstości zwykłej materii. Misja Planck dostarczyła cztery lata pomiarów kosmicznego tła mikrofalowego (CMB), pierwszego światła wszechświata, które zostało wyemitowane około 380 000 lat po Wielkim Wybuchu. Najnowsze dane wspierają standardowy model kosmologiczny i ustalają pięć z sześciu liczb z dokładnością do 1 procenta, mówi Charles Lawrence, naukowiec projektu Planck. Liczby te opisują wszechświat, który rozpoczął się od krótkiego epizodu inflacji i od tego czasu jest kierowany przez kombinację zwykłej materii, niewidocznej substancji zwanej ciemną materią i ciemnej energii, która powoduje, że przestrzeń rozciąga się w coraz większym tempie.

Jednak wyniki zawierają rozbieżności, które pojawiły się również w wydaniu danych z 2013 roku przez Plancka i innych obserwacji mikrofalowego tła, w szczególności liczby gromad galaktyk. Planck wykrywa subtelne zmiany temperatury w CMB, które odzwierciedlają kwantowe fluktuacje we wczesnym Wszechświecie, które zostały wzmocnione przez inflację w ogromne regiony o różnej gęstości. Z czasem masa w regionach o dużej gęstości powinna była się skupić, tworząc skomplikowane gromady galaktyk. Dane z Plancka sugerują jednak, że powinno być ich więcej niż obserwują naukowcy. To napięcie uzasadnia dalsze badania, ale nie tworzy jeszcze nowych teorii, mówi Hotchkiss.

Fizycy zastanawiają się również nad tempem ekspansji wszechświata, znanym jako stała Hubble’a. Dane z Plancka wskazują, że obiekty znajdujące się w odległości megaparseków (około 3 milionów lat świetlnych) oddalają się od siebie z prędkością około 68 kilometrów na sekundę. Nie jest to duża zmiana w stosunku do 2013 roku, ale jest to około 6 kilometrów na sekundę wolniej niż szacunki uzyskane dzięki pomiarom odległości i prędkości supernowych oraz gwiazd zwanych zmiennymi Cefeusza, które przewidywalnie zmieniają swoją jasność (SN: 4/5/14, str. 18). Ulepszony przegląd Cefeid spodziewany jeszcze w tym roku pozwoli określić, czy rozbieżność pozostaje, mówi Daniel Scolnic z Kavli Institute for Cosmological Physics na Uniwersytecie w Chicago.

Nawet jeśli te kwestie zostaną rozwiązane, standardowy model kosmologiczny nie będzie w pełni bezpieczny. Robert Kirshner, kosmolog z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, Mass. mówi, że model opiera się na kilku niesprawdzonych założeniach, w tym na tym, że siła odpychania ciemnej energii na jednostkę objętości pozostała stała. Kirshner i inni naukowcy przeprowadzają badania, aby śledzić wpływ ciemnej energii w czasie.

Model ten nie wyjaśnia również, dlaczego i jak doszło do inflacji. Dane Plancka obaliły ubiegłoroczne twierdzenie zespołu BICEP2 o wykryciu pierwotnych fal grawitacyjnych, co pomogłoby fizykom zidentyfikować mechanizm i skalę energii dla tego kluczowego momentu w historii (SN: 2/21/15, s. 13). Bez detekcji fal grawitacyjnych „nie mamy ostatecznego pomysłu na to, jak połączyć nasze pomysły na temat fundamentalnej fizyki z inflacją” – mówi David Spergel, astrofizyk z Princeton University.