Αντίο ΛCDM;
Δημοσιεύτηκε: 15 Σεπ 2023, 23:51
Λ CDM ή Lamba CDM, όπως είναι γνωστό, είναι το κυρίαρχο κοσμολογικό μοντέλο εδώ και χρόνια. Είναι το καθιερωμένο μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, όπου CDM σημαίνει Cold Dark Matter και Λ είναι η κοσμολογική σταθερά, αλλιώς γνωστή ως σκοτεινή ενέργεια. Μια από τις βασικές παραδοχές του είναι ότι στην κοσμολογική κλίμακα η κατάλληλη θεωρία της βαρύτητας είναι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, του Αϊνστάιν.
Εντούτοις τα τελευταία χρόνια πληθαίνουν τα στοιχεία που οδηγούν πολλούς κοσμολόγους και αστροφυσικούς να αμφισβητούν την εγκυρότητα και την ορθότητα του μοντέλου. Οι δυο κρίσιμες παράμετροι διχογνωμίας είναι η σκοτεινή ύλη και η σταθερά του Χαμπλ. Σχετικά με την σκοτεινή ύλη τα πράγματα είναι φλου. Από την μια δεν έχει προκύψει καμμιά ένδειξη ότι υπάρχουν σκοτεινά σωματίδια, από την άλλην η κύρια εναλλακτική, η τροποποιημένη νευτώνεια δυναμική, δίνει μεν καλύτερες προβλέψεις σε μια σειρά παραμέτρων, αλλά αφήνει στον αέρα πράγματα που εξηγεί καλύτερα η σκοτεινή ύλη. Παρ' όλα αυτά τα τελευταία δύο χρόνια έχουν δημοσιευθεί μελέτες που σε επιλεγμένα σετ δεδομένων δικαιώνουν τον Νεύτωνα έναντι του Αϊνστάιν.
Είμαστε μακριά ακόμη από την επίλυση του προβλήματος της σκοτεινής ύλης και δεν υπάρχει φως στο τούνελ. Δεν αναμένεται κάποιο συνταρακτικό αποτέλεσμα που θα γείρει την πλάστιγγα υπέρ της μίας ή της άλλης πλευράς. Εκεί όμως που τα πράγματα είναι πολύ πιο καθαρά και γίνονται ολοένα καθαρότερα με τον καιρό, είναι η σταθερά του Χαμπλ.
Η σταθερά του Χαμπλ είναι μια ποσότητα που περιγράφει τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος, μια ιδέα του Αλεξάντερ Φρίντμαν, με βάση τις εξισώσεις της ΓΘΣ, του Αϊνστάιν. Για να υπολογιστεί η σταθερά χρειάζονται δύο πράγματα: η ταχύτητα με την οποία απομακρύνονται οι γαλαξίες από τον δικό μας και η απόστασή τους από μας. Το πρώτο είναι σχετικά εύκολο να υπολογιστεί, από την μετατόπιση του φωτός των γαλαξιών προς το ερυθρό. Αυτή ήταν η απόδειξη του Χαμπλ ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Το δεύτερο, η απόσταση αυτών των γαλαξιών, είναι το κρίσμο σημείο. Υπάρχουν δυο βασικές μέθοδοι υπολογισμού: η πρώτη είναι από το κοσμολογικό μοντέλο, με βάση την ακτινοβολία υποβάθρου (CMB), η δεύτερη είναι εκτιμώντας την πραγματική φωτεινότητα σουπερνόβα και μεταβλητών αστέρων σε μακρινούς γαλαξίες.
Αυτές οι δυο μετρήσεις έχουν αρχίσει να έχουν σοβαρή απόκλιση, που μετράει ήδη 10 χρόνια και η ψαλίδα ολοένα μεγαλώνει. Αρχικά οι μετρήσεις έδιναν ένα μεγάλο εύρος τιμών, διαφορετικό για κάθε μέθοδο, αλλά με αλληλοεπικάλυψη. Όσο όμως οι μετρήσεις βελτιώνονταν και αποκτούσαν μεγαλύτερη ακρίβεια με μικρότερα περιθώρια, οι δυο τιμές απομακρύνονταν μεταξύ τους. Φέτος δημοσιεύθηκαν ήδη δύο έρευνες που βελτιώνουν την ακρίβεια της δεύτερης μεθόδου σημαντικά. Η τελευταία και πιο πρόσφατη μελέτη χρησιμοποίησε την αυξημένη ανάλυση του JWST για να διαπιστώσει αν υπήρχε στα παλιότερα δεδομένα υπερεκτίμηση της φωτεινότητας των μεταβλητών αστέρων σε μακρινούς γαλαξίες, που θα έδινε τελικά μεγαλύτερη τιμή στην σταθερά Χαμπλ. Η κατάσταση σήμερα έχει ως εξής:
Η πιθανότητα να εντοπίζεται το πρόβλημα στις μετρήσεις σουπερνόβα και μεταβλητών αστέρων είναι πλέον πολύ μικρή. Είναι μακράν πιο πιθανό το πρόβλημα να είναι το ίδιο το κοσμολογικό μοντέλο ή κάποια παράμετρός τους που μας διαφεύγει.
Τι σημαίνει αυτό για την κοσμολογία; Σημαίνει ότι η κοσμολογική σταθερά δεν είναι στ' αλήθεια σταθερά; Μας διαφεύγει κάποιας μορφής υλοενέργεια που λείπει από την εξίσωση και είχε διαφορετική συμπεριφορά στην αρχή του χρόνου σε σχέση με τώρα; Είναι οι παραδοχές μας για το πώς συμπεριφέρεται η υλοενέργεια λανθασμένες και γίνεται να διαλυθεί η υλοενέργεια ή να εμφανιστεί από το πουθενά; Παράλληλα σύμπαντα; Λάθη στις μετρήσεις μας;
Ποιος ξέρει... το μόνο σίγουρο είναι ότι η επόμενη δεκαετία με τα εξελιγμένα τηλεσκόπια θα είναι πολύ ενδιαφέρουσα.
Εντούτοις τα τελευταία χρόνια πληθαίνουν τα στοιχεία που οδηγούν πολλούς κοσμολόγους και αστροφυσικούς να αμφισβητούν την εγκυρότητα και την ορθότητα του μοντέλου. Οι δυο κρίσιμες παράμετροι διχογνωμίας είναι η σκοτεινή ύλη και η σταθερά του Χαμπλ. Σχετικά με την σκοτεινή ύλη τα πράγματα είναι φλου. Από την μια δεν έχει προκύψει καμμιά ένδειξη ότι υπάρχουν σκοτεινά σωματίδια, από την άλλην η κύρια εναλλακτική, η τροποποιημένη νευτώνεια δυναμική, δίνει μεν καλύτερες προβλέψεις σε μια σειρά παραμέτρων, αλλά αφήνει στον αέρα πράγματα που εξηγεί καλύτερα η σκοτεινή ύλη. Παρ' όλα αυτά τα τελευταία δύο χρόνια έχουν δημοσιευθεί μελέτες που σε επιλεγμένα σετ δεδομένων δικαιώνουν τον Νεύτωνα έναντι του Αϊνστάιν.
Είμαστε μακριά ακόμη από την επίλυση του προβλήματος της σκοτεινής ύλης και δεν υπάρχει φως στο τούνελ. Δεν αναμένεται κάποιο συνταρακτικό αποτέλεσμα που θα γείρει την πλάστιγγα υπέρ της μίας ή της άλλης πλευράς. Εκεί όμως που τα πράγματα είναι πολύ πιο καθαρά και γίνονται ολοένα καθαρότερα με τον καιρό, είναι η σταθερά του Χαμπλ.
Η σταθερά του Χαμπλ είναι μια ποσότητα που περιγράφει τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος, μια ιδέα του Αλεξάντερ Φρίντμαν, με βάση τις εξισώσεις της ΓΘΣ, του Αϊνστάιν. Για να υπολογιστεί η σταθερά χρειάζονται δύο πράγματα: η ταχύτητα με την οποία απομακρύνονται οι γαλαξίες από τον δικό μας και η απόστασή τους από μας. Το πρώτο είναι σχετικά εύκολο να υπολογιστεί, από την μετατόπιση του φωτός των γαλαξιών προς το ερυθρό. Αυτή ήταν η απόδειξη του Χαμπλ ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Το δεύτερο, η απόσταση αυτών των γαλαξιών, είναι το κρίσμο σημείο. Υπάρχουν δυο βασικές μέθοδοι υπολογισμού: η πρώτη είναι από το κοσμολογικό μοντέλο, με βάση την ακτινοβολία υποβάθρου (CMB), η δεύτερη είναι εκτιμώντας την πραγματική φωτεινότητα σουπερνόβα και μεταβλητών αστέρων σε μακρινούς γαλαξίες.
Αυτές οι δυο μετρήσεις έχουν αρχίσει να έχουν σοβαρή απόκλιση, που μετράει ήδη 10 χρόνια και η ψαλίδα ολοένα μεγαλώνει. Αρχικά οι μετρήσεις έδιναν ένα μεγάλο εύρος τιμών, διαφορετικό για κάθε μέθοδο, αλλά με αλληλοεπικάλυψη. Όσο όμως οι μετρήσεις βελτιώνονταν και αποκτούσαν μεγαλύτερη ακρίβεια με μικρότερα περιθώρια, οι δυο τιμές απομακρύνονταν μεταξύ τους. Φέτος δημοσιεύθηκαν ήδη δύο έρευνες που βελτιώνουν την ακρίβεια της δεύτερης μεθόδου σημαντικά. Η τελευταία και πιο πρόσφατη μελέτη χρησιμοποίησε την αυξημένη ανάλυση του JWST για να διαπιστώσει αν υπήρχε στα παλιότερα δεδομένα υπερεκτίμηση της φωτεινότητας των μεταβλητών αστέρων σε μακρινούς γαλαξίες, που θα έδινε τελικά μεγαλύτερη τιμή στην σταθερά Χαμπλ. Η κατάσταση σήμερα έχει ως εξής:
Η πιθανότητα να εντοπίζεται το πρόβλημα στις μετρήσεις σουπερνόβα και μεταβλητών αστέρων είναι πλέον πολύ μικρή. Είναι μακράν πιο πιθανό το πρόβλημα να είναι το ίδιο το κοσμολογικό μοντέλο ή κάποια παράμετρός τους που μας διαφεύγει.
Τι σημαίνει αυτό για την κοσμολογία; Σημαίνει ότι η κοσμολογική σταθερά δεν είναι στ' αλήθεια σταθερά; Μας διαφεύγει κάποιας μορφής υλοενέργεια που λείπει από την εξίσωση και είχε διαφορετική συμπεριφορά στην αρχή του χρόνου σε σχέση με τώρα; Είναι οι παραδοχές μας για το πώς συμπεριφέρεται η υλοενέργεια λανθασμένες και γίνεται να διαλυθεί η υλοενέργεια ή να εμφανιστεί από το πουθενά; Παράλληλα σύμπαντα; Λάθη στις μετρήσεις μας;
Ποιος ξέρει... το μόνο σίγουρο είναι ότι η επόμενη δεκαετία με τα εξελιγμένα τηλεσκόπια θα είναι πολύ ενδιαφέρουσα.
