Όλη η βασική μας γνώση για την εξέλιξη του Σύμπαντος συνοψίζεται σε κάτι που ονομάζουμε Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο. Περιέχει πληροφορίες για το πόση ύλη υπάρχει στο Σύμπαν, πώς αυτή δομείται σε τεράστια σμήνη γαλαξιών, πόσο γρήγορα διαστέλλεται ο χώρος και με τι ρυθμό. Το μοντέλο αυτό, στο οποίο δώσαμε αυτό το ξεχωριστό όνομα, δεν παρά μία πιθανή εκδοχή ανάμεσα σε πολλές άλλες. Για την ακρίβεια, είναι απλά η εκδοχή που θα εξηγούσε καλύτερα τις παρατηρήσεις μας και έχει υιοθετηθεί ως η επικρατούσα θεωρία μας για την ιστορία του Σύμπαντος από τα τέλη του 1990. Τι συμβαίνει όμως όταν στα πλαίσια ενός τέτοιου και κάθε τέτοιου μοντέλου λαμβάνουμε παρατηρήσεις οι οποίες είναι αντικρουόμενες μεταξύ τους; Αμφισβητούμε τις παρατηρήσεις ή το μοντέλο;

Στην επιτομή του επιστημονικού ενδιαφέροντος των κοσμολόγων τον τελευταίο ενάμιση χρόνο, είναι ένα μυστήριο το οποίο ονομάζεται “ασυμφωνία της Σταθεράς του Hubble”. Όπως είχε συμπεράνει ο αστρονόμος Edwin Powell Hubble στις αρχές του 20ου αιώνα, το Σύμπαν διαστέλλεται. Μάλιστα, δε διαστέλλεται με κέντρο εμάς, αλλά όλες οι δομές που υπάρχουν μέσα στο Σύμπαν απομακρύνονται η μία από την άλλη, με έναν τρόπο που μοιάζει ένα σταφιδόψωμο που φουσκώνει καθώς ψήνεται και όλες οι σταφίδες κινούνται μακριά η μία από την άλλη. Η Σταθερά του Hubble είναι ένας αριθμός που μας λέει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το Σύμπαν σήμερα. Ο Hubble, προκειμένου να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, εφάρμοσε μία πολύ έξυπνη για την εποχή του μέθοδο: εκμεταλλεύτηκε το γεγονός ότι το μήκος κύματος του φωτός που λαμβάνουμε από ένα αντικείμενο αλλάζει όταν αυτό κινείται. Το φαινόμενο αυτό, που γενικά είναι γνωστό με το όνομα “φαινόμενο Doppler”* έμελλε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο κάνουμε αστρονομία. 

Ο Hubble κατάφερε να μετρήσει αυτήν την αλλαγή στο μήκος κύματος 24 αντικειμένων έξω από το γαλαξία μας και να αποκτήσει μία πρώτη ποσοτική αίσθηση για το πόσο γρήγορα διαστέλλεται το Σύμπαν. Βέβαια, η τιμή που μέτρησε ήταν πολύ μακριά από αυτήν που θεωρούμε αποδεκτή σήμερα, μια και στις μετρήσεις του υπεισέρχονταν πολλά σφάλματα. Ωστόσο, άλλαξε τελείως την αντίληψη της τότε επιστημονικής κοινότητας για ένα στατικό Σύμπαν. Έκτοτε, αποκτήσαμε πολλές μετρήσεις για αυτήν τη σταθερά και ίσως θα έλεγε κανείς πως εφησυχαστήκαμε ότι είχαμε αποκτήσει την απόλυτη γνώση για την τιμή αυτής της παραμέτρου του Κοσμολογικού μας Μοντέλου. Ποτέ δε θα μας πήγαινε το μυαλό όμως, ότι εάν χρησιμοποιούσαμε μία διαφορετική μέθοδο θα βρισκόμασταν αντιμέτωποι με το μεγαλύτερο και πιο επίκαιρο μυστήριο της Σύγχρονης Κοσμολογίας**. 

Σήμερα, για να μετρήσουμε με ακρίβεια τη Σταθερά του Hubble, κάνουμε δύο ειδών μετρήσεις. Χρησιμοποιούμε είτε τοπικά είτε καθολικά μέσα. Στις τοπικές μετρήσεις, χρησιμοποιούμε έναν ειδικό τύπο αστέρα, τους λεγόμενους Κηφείδες μεταβλητούς αστέρες. Σε αυτήν την περίπτωση, εκμεταλλευόμαστε το γεγονός ότι η περίοδος μεταβολής της λαμπρότητάς τους συνδέεται με το πόσο λαμπροί είναι εκ φύσεως. Έτσι, μπορούμε να καταλάβουμε πόσο μακριά είναι από εμάς συγκρίνοντας αυτήν την “εκ κατασκευής” λαμπρότητά τους με το τι μετράμε εμείς. Από την άλλη, στην περίπτωση των καθολικών μετρήσεων, χρησιμοποιούμε κάτι που ονομάζεται Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Είναι φωτόνια από τη δημιουργία του Σύμπαντος, που καθώς κινούνται μέσα στο χώρο, η “θερμοκρασία” τους έχει πέσει. Από τις διακυμάνσεις στη θερμοκρασία τους, λαμβάνουμε μία μέτρηση μεγάλης κλίμακας για το πόσο γρήγορα διαστέλλεται το Σύμπαν μας.

Και εδώ έρχεται το μεγάλο μυστήριο. Οι τιμές που λαμβάνουμε με τις δύο μεθόδους απέχουν πάρα πολύ, πέραν κάθε πιθανού σφάλματος το οποίο μπορεί να υπεισέρχεται στις μετρήσεις μας. Τι συμβαίνει λοιπόν; Ποια είναι η σωστή; Καμία! Και οι δύο; Γιατί; Και αυτό είναι το μυστήριο που , τους τελευταίους μήνες, κάνει τους κοσμολόγους να σπάνε τα κεφάλια τους για το αν το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο είναι σωστό. Προς το παρόν, απάντηση δεν υπάρχει. Είτε λοιπόν το πρόβλημα είναι σε μία ή σε όλες τις μεθόδους που χρησιμοποιούμε, είτε το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο πρέπει να αναθεωρηθεί. Ευτυχώς, η νέα γενιά υπερ-ισχυρών τηλεσκοπίων και οι νέες μέθοδοι μέτρησης της Σταθεράς του Hubble, όπως, μεταξύ άλλων*** τα προσφάτως εντοπιζόμενα βαρυτικά κύματα, θα μας επιτρέψουν να καταλήξουμε σε πιο ακριβή συμπεράσματα. Τι θα συμβεί όμως εάν η απόκλιση μεταξύ των δύο τιμών παραμείνει; 

Θα χρειαστεί κατά πάσα πιθανότητα να ξαναφτιάξουμε το κοσμολογικό μας μοντέλο από την αρχή. Αυτό δε σημαίνει απλά να αλλάξουμε τις παραμέτρους που το περιγράφουν, δηλαδή λόγου χάρη πόση ύλη υπάρχει και τι είδους είναι. Μάλλον θα χρειαστεί να αναθεωρήσουμε την πιο ασαφή συνιστώσα του, από τη στιγμή μάλιστα που αυτή διαφεύγει κάθε φυσικής εξήγησης. Με άλλα λόγια, θα χρειαστεί να επανεξετάσουμε το τι υποθέτουμε και το τι μπορούμε να συμπεράνουμε για τη Σκοτεινή Ενέργεια, που διαπερνά το Σύμπαν και το κάνει να διαστέλλεται επιταχυνόμενα. Σε κάθε περίπτωση, είναι ένας δρόμος στρωμένος με πολύ μυστήριο, αλλά και ενθουσιασμό για όσους συμμετέχουν σε αυτήν την προσπάθεια, μιας και η έρευνα αυτή αφορά τη θεμελιώδη ουσία του Σύμπαντος και έχει οδηγήσει πάρα πολλούς κλάδους της Κοσμολογίας να συνεργαστούν για να καταλήξουν σε ένα, καλώς εχόντων των πραγμάτων, ομόφωνο συμπέρασμα που θα μας φέρει ένα βήμα πιο κοντά στην αποκρυπτογράφηση της Φύσης.

* Δεν πρόκειται ακριβώς για το φαινόμενο Doppler, καθώς στην προκειμένη περίπτωση δεν είναι οι δομές που κινούνται, αλλά ο ίδιος ο χώρος που διαστέλλεται και οδηγεί σε αύξηση του μήκους κύματος του φωτός. 

** Άποψη του συγγραφέα.

*** Για τους εξερευνητικούς μας αναγνώστες, ενδιαφέρον έχουν και οι μετρήσεις που αξιοποιούν το φαινόμενο του βαρυτικού φακού (gravitational lensing), το φαινόμενο thermal SZ και τις παρατηρήσεις από τα Baryon Acoustic Oscillations που συμπληρώνουν τις προαναφερθείσες μεθόδους. Μία ωραία σύνοψη υπάρχει εδώ.

Προηγούμενο άρθροΈνα μελλοντικό διαστρικό σπίτι;
Νυχτερινό πετούμενο, καθήμενο σε μία κολώνα φωτισμού έξω από τα κεντρικά του Publica κάποιο καλοκαιρινό βράδυ, εμπνεύστηκε και είπε να μοιραστεί τις σκέψεις του με τα λοιπά πλάσματα της αστικής πανίδας. Παρότι θρώσκει άνω, είναι κουκουβάγια και στον ελεύθερό του χρόνο αρέσκεται να φιλοσοφεί. Όταν δεν το κάνει, συνήθως ζωγραφίζει, τραγουδάει, βλέπει επεισοδιάκια ή προγραμματίζει: οτιδήποτε προκειμένου να μην ξεμυτίσει από τη φωλιά του.