Οι εικόνες του σύμπαντος, όπως το στιγμιότυπο βαθέος διαστήματος του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, κάνουν το διάστημα να φαίνεται γεμάτο από αντικείμενα. Στη μεγάλη εικόνα, είναι, αλλά όλα αυτά τα άστρα, οι γαλαξίες, οι πλανήτες και τα άλλα ουράνια σώματα μπορεί να μην είναι κατανεμημένα τόσο ομοιόμορφα όσο δείχνουν οι φωτογραφίες.
Η αλήθεια είναι ότι το διάστημα πιθανότατα είναι γεμάτο με φυσαλίδες σχετικής κενότητας και κάποιοι αστρονόμοι πιστεύουν ότι βρισκόμαστε μέσα σε μία από αυτές. Ένα αυξανόμενο σύνολο ενδείξεων υποδηλώνει ότι ολόκληρος ο γαλαξίας μας, ο Milky Way, βρίσκεται μέσα σε ένα τεράστιο κοσμικό κενό.
Πιο πρόσφατα, ερευνητές βρήκαν ότι τα ηχητικά κύματα από το πρώιμο σύμπαν – ουσιαστικά ο ήχος του Big Bang – υποστηρίζουν αυτήν την ιδέα. Αυτή η εργασία, με επικεφαλής τον Indranil Banik, κοσμολόγο στο Πανεπιστήμιο του Portsmouth, προτείνει μια λύση για τη Hubble tension: ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος.
Η διαφορά στην τιμή της σταθεράς Hubble
Ο Banik και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society τον Μάιο. Εργάζεται πάνω στο ζήτημα της Hubble tension τα τελευταία πέντε χρόνια. Αυτό το αινιγματικό κοσμολογικό πρόβλημα προκύπτει από δύο διαφορετικές τιμές που έχουν υπολογιστεί για τη σταθερά του Hubble, η οποία αντιπροσωπεύει τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος σήμερα.
«Η Hubble tension είναι μια ασυμφωνία ανάμεσα στον ρυθμό με τον οποίο περιμένουμε ότι διαστέλλεται το σύμπαν – βάσει εξαγωγής των παρατηρήσεων του νεαρού σύμπαντος έως σήμερα, χρησιμοποιώντας το πρότυπο κοσμολογικό μοντέλο -και στον ρυθμό με τον οποίο το παρατηρούμε στην πράξη να διαστέλλεται, όταν κοιτάμε το κοντινό σύμπαν», δήλωσε ο Banik στο Gizmodo. «Είναι ουσιαστικά μια ασυμφωνία μεταξύ θεωρίας και παρατηρήσεων».
Οι γαλαξίες φαίνονται να απομακρύνονται πιο γρήγορα από ό,τι προβλέπεται
Ουσιαστικά, οι γαλαξίες και τα άστρα στο τοπικό, πιο πρόσφατο σύμπαν φαίνονται να απομακρύνονται πιο γρήγορα από ό,τι προβλέπει η σταθερά του Hubble. Αυτό αψηφά το πρότυπο κοσμολογικό μοντέλο, το οποίο περιγράφει πώς εξελίσσεται το σύμπαν. Θέτει επίσης υπό αμφισβήτηση την ηλικία του σύμπαντος, καθώς οι αστρονόμοι χρειάζονται τη σταθερά του Hubble για να υπολογίσουν πόσος χρόνος έχει περάσει από το Big Bang.
Μια φυσαλίδα κενού γύρω από τον γαλαξία μας;
Ο Banik πιστεύει ότι η θεωρία της τοπικής κενότητας μπορεί να προσφέρει λύση. Αν ο γαλαξίας μας βρίσκεται μέσα σε μια φυσαλίδα σχετικά άδειου διαστήματος, η βαρύτητα θα έλκει την ύλη προς την περιοχή υψηλότερης πυκνότητας εκτός της φυσαλίδας, εξήγησε σε ανακοίνωση της Royal Astronomical Society. Καθώς η κενότητα αδειάζει, η ταχύτητα των αντικειμένων που απομακρύνονται από εμάς θα είναι μεγαλύτερη από ό,τι αν δεν υπήρχε η κενότητα, δίνοντας έτσι την εντύπωση ενός ταχύτερου τοπικού ρυθμού διαστολής, είπε ο Banik.
Για να έχει νόημα αυτό, το ηλιακό μας σύστημα θα πρέπει να βρίσκεται κοντά στο κέντρο μιας κενότητας περίπου δύο δισεκατομμυρίων ετών φωτός πλάτους με πυκνότητα περίπου 20% χαμηλότερη από τη μέση πυκνότητα του σύμπαντος (για να είμαστε σαφείς, μια κενότητα δεν είναι απλώς κενό διάστημα – είναι μια περιοχή του σύμπαντος με λιγότερους γαλαξίες και λιγότερη ύλη από τον μέσο όρο). Αυτή η θεωρητική περιοχή χαμηλής πυκνότητας έχει γίνει γνωστή ως KBC void.
Η ύπαρξη του KBC void υποστηρίζεται, αλλά είναι αμφιλεγόμενη
Πολλαπλές μελέτες έχουν υποστηρίξει την ύπαρξή της, συμπεριλαμβανομένων αρκετών που έχει συγγράψει ο Banik. Ωστόσο, η θεωρία της τοπικής κενότητας παραμένει αμφιλεγόμενη επειδή η κενότητα δεν ταιριάζει με το πρότυπο μοντέλο της κοσμολογίας, το οποίο αναφέρει ότι η ύλη στο σύγχρονο σύμπαν θα έπρεπε να είναι πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη σε τόσο μεγάλες κλίμακες. Η KBC void «είναι υπερβολικά μεγάλη και βαθιά για το πρότυπο μοντέλο της κοσμολογίας, όπου η πιθανότητα να βρεθούμε τυχαία μέσα σε μια τέτοια κενότητα είναι περίπου μία στα δισεκατομμύριο», είπε ο Banik στο Gizmodo.
«Έτσι θα πρέπει να προσαρμόσουμε το μοντέλο ώστε η δομή σε κλίμακες μεγαλύτερες από περίπου εκατό εκατομμύρια έτη φωτός να αναπτύσσεται ταχύτερα απ’ ό,τι προβλέπει το μοντέλο».
Οι βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις ως κοσμικός χάρακας
Η πιο πρόσφατη μελέτη του εξέτασε τις βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις (BAOs). Αυτές είναι ένα μοτίβο ρυτίδων στην κατανομή της πυκνότητας των σμηνών γαλαξιών στο σύμπαν. Ο Banik τις παρομοίασε με ηχητικά κύματα από το Big Bang. Οι BAOs προσφέρουν έναν ανεξάρτητο τρόπο μέτρησης του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος και του πώς αυτός ο ρυθμός έχει αλλάξει μέσα στην κοσμική ιστορία. Αυτά τα «ηχητικά κύματα» λειτουργούν ως ένας είδος κοσμικού χάρακα και οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν το γωνιακό του μέγεθος για να χαρτογραφήσουν την ιστορία της κοσμικής διαστολής, σύμφωνα με τον Banik.
Αυτός και οι συνεργάτες του εξέτασαν όλες τις διαθέσιμες μετρήσεις των BAO τα τελευταία 20 χρόνια. Η εργασία τους έδειξε ότι ένα μοντέλο τοπικής κενότητας είναι περίπου εκατό εκατομμύρια φορές πιο πιθανό από ένα πρότυπο κοσμολογικό μοντέλο χωρίς τοπική κενότητα.
Δεν υπάρχει ακόμη οριστική απόδειξη
Αυτή είναι ισχυρή ένδειξη ότι πράγματι ζούμε μέσα σε ένα cosmic void, αλλά δεν αποτελεί οριστική απόδειξη. Ο Banik εργάζεται επίσης με δεδομένα από υπερκαινοφανείς αστέρες (supernovae) για να ερευνήσει ένα από τα κύρια προβλήματα της θεωρίας της τοπικής κενότητας. «Οποιαδήποτε τοπική ή όψιμη λύση στη Hubble tension συνεπάγεται ότι στο πιο μακρινό σύμπαν, δεν υπήρχε Hubble tension», εξήγησε. «Τα δεδομένα από supernovae φαίνεται να υποδηλώνουν ότι η Hubble tension πράγματι επιμένει σε μεγαλύτερα redshift».
Αν μπορέσει να βρει αποδείξεις ότι η Hubble tension εξαφανίζεται πέρα από το τοπικό σύμπαν, αυτό θα ήταν μια μεγάλη ανακάλυψη για τη θεωρία της τοπικής κενότητας. Προς το παρόν, όμως, αυτός ο κοσμικός γρίφος παραμένει άλυτος.
