Vesolje se širi. Ko pogledamo v vse smeri, vidimo oddaljene galaksije, ki hitijo stran od nas, njihova svetloba pa je zaradi kozmičnega širjenja pomaknjena rdeče. To je znano že od leta 1929, ko je Edwin Hubble izračunal razmerje med razdaljo galaksije in njenim rdečim premikom. Nato sta v poznih devetdesetih letih dve študiji oddaljenih supernov ugotovili, da se širitev vesolja pospešuje. Nekaj, nekajtemna energija, mora poganjati kozmično širitev.
Temna energija je zdaj del konkordančnega modela kozmologije. Domneva se, da predstavlja približno 68 % snovi-energije v vesolju. Čeprav obstaja veliko podatkov, ki podpirajo temno energijo, model ni brez težav. In celo nove raziskave kaže, da morda ne obstaja . To je drzna trditev, zato si oglejmo podatke.
Prvotna relacija Edwina Hubbla (levo) v primerjavi s sodobno mero Hubblovega parametra (desno). Zasluge: Desno: Robert P. Kirshner; Levo: Edwin Hubble.
Razmerje med galaktičnim rdečim premikom in galaktično razdaljo je zdaj znano kot Hubblova konstanta ali bolj splošno Hubblov parameter. Z določitvijo Hubblovega parametra in merjenjem gostote snovi v vesolju lahko ugotovimo, koliko temne energije je v vesolju. Rdeči premik galaksije je precej enostavno določiti, vendar je merjenje razdalje težko.
Hubble je razdaljo določil z opazovanjem spremenljivk Cepheid, ki imajo močno razmerje med obdobjem in svetilnostjo. To razmerje je odkrila Henrietta Leavitt, ki je preučevala več kot 1700 spremenljivk Cepheid. Z merjenjem obdobja spremenljivke Cefeida poznate njeno absolutno magnitudo (resnično svetlost). Primerjajte to z njeno navidezno magnitudo (navidezno svetlostjo) in poznate razdaljo zvezde.
Ta metoda deluje samo za cefeide v galaksijah, oddaljenih manj kot 20 milijonov svetlobnih let. Za res oddaljene galaksije astronomi opazujejo nekakšno supernovo, znano kot tip Ia. Te se pojavijo, ko beli škrat eksplodira, njihove absolutne velikosti pa so dokaj podobne. Tako kot se lahko cefeide uporabijo za izračun razdalje, lahko tudi te supernove. Toda supernove so tako svetle, da jih je mogoče uporabiti za merjenje razdalje do galaksij, oddaljenih milijarde svetlobnih let. Prve dokaze o temni energiji so našli z opazovanjem oddaljenih supernov tipa Ia.
Kako nastane supernova tipa Ia. Zasluge: NASA, ESA in A. Feild (STScI)
Ena od temeljnih predpostavk o supernovah tipa Ia je, da je njihova največja svetlost ne glede na to, kje se pojavijo v vesolju, vedno približno enaka. To je smiselno, ker imajo beli palčki absolutno največjo maso, znano kot Chandrasekharjeva meja (približno 1,4 sončne mase). Tako vse supernove eksplodirajo s približno enako masno energijo, torej z enako svetlostjo. To je bilo potrjeno z opazovanjem supernov, ki se pojavljajo bližje kot 20 milijonov svetlobnih let.
Ko je bilo opravljenih več študij, je bilo ugotovljeno, da niso vse supernove tipa Ia enake. Pojavijo se lahko, ko eksplodira en sam beli škrat, lahko pa se pojavijo tudi, ko se dva bela pritlikava združita. Pravzaprav se zdi, da je različica združitve pogostejša in pri teh je masa lahko večja od Chandrasekharjeve meje. Obstaja tudi različica, znana kot Type Iax, kjer beli pritlikavec ne eksplodira popolnoma. Obe se po svetlosti razlikujeta od standardne različice, kar bi lahko zmanjšalo vaše merjenje razdalje.
Svetlobne krivulje supernov tipa Ia. Zasluge: Hamuy, et al. 1994, Kim 2004
Čeprav je zaradi tega merjenje razdalje bolj zapleteno, je to nekaj, kar lahko astronomi kompenzirajo. Obstajajo subtilne razlike v načinu, kako se te supernove posvetlijo in zatemnijo (znane kot njihova svetlobna krivulja), zato jih je na splošno mogoče razlikovati. Toda zakoni fizike so enaki povsod v vesolju, tako da bi morale biti naše meritve razdalje dobre, dokler izberemo prave supernove in se prilagodimo nekaj dejavnikom.
Ali pa smo tako mislili.
Nova študija postavlja dvom o našo domnevo o supernovah tipa Ia. V devetih letih je ekipa izvedla podrobna spektrografska opazovanja vseh bližnjih galaksij, kjer se je pojavila supernova. Iz tega so izračunali starost teh galaksij. Ogledali so si tudi svetlobne krivulje supernov, ki so se pojavile v teh galaksijah. Ker so vse te galaksije v območju spremenljivk Cefeidov, je ekipa poznala razdalje brez domnev o supernovah.
Z vsemi temi podatki so nato preučili, ali je svetlobna krivulja supernove odvisna od celotne starosti zvezd v gostiteljski galaksiji. Našla sta močno razmerje. Z drugimi besedami, svetlost supernov se sčasoma razvija in domneva, da so vse približno enake, ne drži povsem.
Primerjava evolucije supernove s kozmičnim širjenjem. Zasluge: Kang, Yijung, et al.
To je pomembno. Zaradi svetlobne hitrosti, ko gledamo v oddaljene galaksije, vidimo mlajše galaksije. Traja milijarde let, da njihova svetloba doseže nas. Če je evolucija supernove resnična, potem zavrže vse naše meritve razdalje. Naše meritve kozmičnega pospeška in temne energije so lahko napačne. Pravzaprav, ko je ekipa primerjala svoj evolucijski model z modelom pospeška, je ugotovila, da dajejo enak rezultat. Njihov evolucijski model odpravlja potrebo po temni energiji. Kar izgleda kot pospešeno vesolje, je lahko posledica evolucije supernove. Če imajo prav, potem temna energija morda ne obstaja.
To je presenetljiv in pomemben rezultat, vendar ne smemo prehitro sklepati. Čeprav so dokazi o razvoju supernove videti precej močni, trenutno obstajajo le podatki za bližnje galaksije. Za odpravo temne energije, ekipadomnevnonjihov model je mogoče razširiti na velike razdalje. Trenutni modelpredvidevasupernove se ne razvijajo na velikih razdaljah. Obstajajo tudi drugi dokazi za temno energijo iz opazovanj kozmičnega mikrovalovnega ozadja in načina, kako se galaksije kopičijo v velikem obsegu. Za temno energijo je še vedno veliko dokazov.
Toda ta nova raziskava bi lahko pomagala odgovoriti na še eno skrivnost, znano kot Hubblova napetost. V bistvu nismo povsem prepričani, kaj je Hubblova konstanta. Metode, kot je kozmično ozadje, dajejo vrednost okoli 67 (km/s)/Mpc, medtem ko meritve supernove dajejo vrednost okoli 73 (km/s)/Mpc. Včasih so bile negotovosti tako velike, da razlika ni bila pomembna, zdaj pa so negotovosti tako majhne, da se različne metode ne strinjajo. Ta evolucija supernov morda ne bo odpravila temne energije, vendar bi lahko pomagala rešiti napetost v rezultatih Hubbla.
Kakorkoli že, ta rezultat je vznemirljiv.
vir:Kang, Yijung in drugi.' Galaksije gostiteljice zgodnjega tipa supernove tipa Ia. II. Dokazi za evolucijo svetilnosti v kozmologiji supernove .'