L'univers va resultar equivocat

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Els cosmòlegs s'enfronten a un greu problema científic, que indica la imperfecció del coneixement humà sobre l'Univers. La complexitat es refereix a una cosa aparentment trivial com la taxa d'expansió de l'Univers. El fet és que diferents mètodes indiquen significats diferents, i fins ara ningú no pot explicar l'estranya discrepància.

Misteri còsmic

Actualment, el model cosmològic estàndard "Lambda-CDM" (ΛCDM) descriu amb més precisió l'evolució i l'estructura de l'univers. Segons aquest model, l'univers té una constant cosmològica positiva diferent de zero (terme lambda) que provoca una expansió accelerada. A més, ΛCDM explica l'estructura observada del CMB (fons còsmic de microones), la distribució de les galàxies a l'Univers, l'abundància d'hidrogen i altres àtoms lleugers i la velocitat mateixa d'expansió del buit. Tanmateix, una discrepància greu en la taxa d'expansió pot indicar la necessitat d'un canvi radical en el model.

La física teòrica Vivian Poulin del Centre Nacional Francès d'Investigació Científica i del Laboratori de l'Univers i les Partícules de Montpeller argumenta que això significa el següent: ha passat una cosa important en el jove univers que encara no sabem. Potser va ser un fenomen associat a un tipus desconegut d'energia fosca o un nou tipus de partícules subatòmiques. Si el model ho té en compte, la discrepància desapareixerà.

A les portes d'una crisi

Una de les maneres de determinar la velocitat d'expansió de l'Univers és estudiar el fons de microones: la radiació relíquia que va sorgir 380 mil anys després del Big Bang. ΛCDM es pot utilitzar per derivar la constant de Hubble mesurant grans fluctuacions en el CMB. Va resultar ser igual a 67, 4 quilòmetres per segon per cada megaparsec, o uns tres milions d'anys llum (a aquesta velocitat, els objectes divergeixen els uns dels altres a una distància adequada). En aquest cas, l'error és de només 0,5 quilòmetres per segon per megaparsec.

Si obtenim aproximadament el mateix valor mitjançant un mètode diferent, això confirmarà la validesa del model cosmològic estàndard. Els científics van mesurar la brillantor aparent de les espelmes estàndard, objectes la lluminositat dels quals sempre es coneix. Aquests objectes són, per exemple, supernoves de tipus Ia: nanes blanques que ja no poden absorbir matèria de grans estrelles companyes i explotar. Per la brillantor aparent de les espelmes estàndard, podeu determinar la distància a elles. En paral·lel, podeu mesurar el desplaçament al vermell de les supernoves, és a dir, el desplaçament de les longituds d'ona de la llum a la regió vermella de l'espectre. Com més gran sigui el desplaçament cap al vermell, més gran serà la velocitat a la qual s'elimina l'objecte de l'observador.

Així, es fa possible determinar la velocitat d'expansió de l'Univers, que en aquest cas resulta ser igual a 74 quilòmetres per segon per cada megaparsec. Això no coincideix amb els valors obtinguts del ΛCDM. Tanmateix, és poc probable que un error de mesura pugui explicar la discrepància.

Segons David Gross, de l'Institut Kavli de Física Teòrica de la Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara, en física de partícules, aquesta discrepància no s'anomenaria un problema, sinó una crisi. No obstant això, diversos científics no estaven d'acord amb aquesta avaluació. La situació es va complicar amb un altre mètode, que també es basa en l'estudi de l'Univers primerenc, és a dir, les oscil·lacions acústiques bariòniques: oscil·lacions en la densitat de la matèria visible que omple l'Univers primerenc. Aquestes vibracions són provocades per ones acústiques de plasma i són sempre de dimensions conegudes, fent-les semblar a espelmes estàndard. Combinats amb altres mesures, donen la constant de Hubble coherent amb ΛCDM.

Nou model

Hi ha la possibilitat que els científics hagin comès un error en utilitzar supernoves de tipus Ia. Per determinar la distància a un objecte llunyà, heu de construir una escala de distància.

El primer graó d'aquesta escala són les Cefeides: estrelles variables amb una relació precisa entre període i lluminositat. Les cefeides es poden utilitzar per determinar la distància a les supernoves de tipus Ia més properes. En un dels estudis, en comptes de cefeides, es van utilitzar gegants vermelles, que en una determinada etapa de la vida assoleixen la màxima brillantor; és el mateix per a tots els gegants vermells.

Com a resultat, la constant del Hubble va resultar ser de 69,8 quilòmetres per segon per megaparsec. No hi ha crisi, diu Wendy Freedman de la Universitat de Chicago, una de les autores del document.

Però aquesta afirmació també es va posar en dubte. La col·laboració H0LiCOW va mesurar la constant de Hubble mitjançant lents gravitacionals, un efecte que es produeix quan un cos massiu doblega els raigs d'un objecte llunyà darrere seu. Aquests últims podrien ser quàsars, els nuclis de galàxies actives alimentades per un forat negre supermassiu. A causa de les lents gravitacionals, poden aparèixer diverses imatges d'un quàsar alhora. Mitjançant la mesura del parpelleig d'aquestes imatges, els científics han obtingut una constant actualitzada de Hubble de 73,3 quilòmetres per segon per megaparsec. Al mateix temps, els científics fins a l'últim no sabien el possible resultat, que exclou la possibilitat de frau.

El resultat de mesurar la constant de Hubble a partir de màsers naturals formats quan el gas gira al voltant d'un forat negre va resultar ser de 74 quilòmetres per segon per megaparsec. Altres mètodes van donar 76,5 i 73,6 quilòmetres per segon per megaparsec. També sorgeixen problemes per mesurar la distribució de la matèria a l'Univers, ja que les lents gravitacionals donen un valor diferent en comparació amb les mesures del fons de microones.

Si resulta que la discrepància no es deu a errors de mesura, caldrà una nova teoria per explicar totes les dades disponibles actualment. Una possible solució és canviar la quantitat d'energia fosca que provoca l'expansió accelerada de l'univers. Tot i que la majoria dels científics són partidaris de prescindir d'actualitzar la física, el problema segueix sense resoldre.