Πώς μετράμε αποστάσεις στο Σύμπαν;

Είναι ευρέως γνωστό ότι το Σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Πολλοί ακούγοντας αυτή την φράση πιστεύουν πως τα κοσμικά αντικείμενα απομακρύνονται από εμάς αλλά στην πραγματικότητα, αυτό που ισχύει είναι ότι ο χώρος μεταξύ αυτών των αντικειμένων μεγαλώνει. Μπορούμε να παρομοιάσουμε αυτό το φαινόμενο με το εξής παράδειγμα: ας υποθέσουμε πως ζωγραφίζουμε κουκκίδες πάνω σε ένα μπαλόνι – όσο ο αέρας εισχωρεί στο μπαλόνι τόσο οι κουκκίδες θα απομακρύνονται μεταξύ τους. Σε ένα διαστελλόμενο και αχανές Σύμπαν όμως, πως μπορέσαμε να αποκαλύψουμε τα μυστήριά του; Πριν ξεκινήσουμε να σχηματίζουμε το παζλ που αποτελεί ένα άστρο, έναν γαλαξία ή μια ομάδα γαλαξιών, και τα φαινόμενα που διέπουν αυτά τα αντικείμενα, αυτό που πρέπει να κάνουμε είναι να βρούμε έναν τρόπο να καθορίσουμε την απόστασή τους από εμάς.

Ο καθορισμός εξωγαλαξιακών αποστάσεων είναι από τα κυριότερα προβλήματα της Αστροφυσικής. Μια από τις πιο δημοφιλείς μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό αποστάσεων σε κοντινούς γαλαξίες είναι αυτή των Κηφείδων.  Οι Κηφείδες είναι νεαρά, μαζικά, φωτεινά αστέρια, τα οποία αλλάζουν τη λαμπρότητά τους σε σχέση με το χρόνο. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι γίνονται αμυδρότερα και στη συνέχεια, ανακτούν τη φωτεινότητά τους μετά από ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Τα άστρα αυτά παρουσιάζουν, όμως, ένα μοτίβο. Το μοτίβο αυτό ανακαλύφθηκε από την Αμερικανίδα Henrietta Swan Leavitt το 1912, η οποία αναλύοντας φωτογραφικές πλάκες τέτοιων μεταβλητών αστέρων κατάφερε να ανακαλύψει το εξής: όσο πιο λαμπρό είναι το αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η περίοδος αυτών των μεταβολών. Η γραμμική σχέση μεταξύ των μεγεθών της λαμπρότητας του άστρου και της περιόδου που ανακάλυψε η Leavitt, έπαιξε καίριο ρόλο για την μετέπειτα χρήση των Κηφείδων ως «δείκτες» κοσμικών αποστάσεων.

Μα πως μπορούμε να τους χρησιμοποιήσουμε; Ας υποθέσουμε πως βλέπουμε με ένα τηλεσκόπιο ένα αστέρι σε ένα κοντινό μας γαλαξία, το οποίο εμφανίζει αυτές τις διακυμάνσεις στη φωτεινότητά του. Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο καταγράφουμε την «φαινόμενη» λαμπρότητα του αστεριού (το ποσό της ενέργειας δηλαδή που εμείς παρατηρούμε), αλλά ταυτόχρονα η απόσταση της Γης από αυτόν τον γαλαξία μας είναι άγνωστη. Αυτό που ξέρουμε, όμως, είναι η περίοδος αυτών των διακυμάνσεων και συνεπώς, μέσω της εμπειρικής σχέσης που ανακάλυψε η Leavitt, μπορούμε να προσδιορίσουμε την «απόλυτη» λαμπρότητά του (το ποσό της ενέργειας που παράγει το αστέρι στον πυρήνα του). Συγκρίνοντας την απόλυτη λαμπρότητά του με αυτήν που εμείς παρατηρούμε, μπορούμε να προσδιορίσουμε την απόσταση του αστέρα αυτού (και συνεπώς του γαλαξία) από τη Γη. Αυτή είναι μια πολύ χρήσιμη τεχνική μιας και πολλές φορές μπερδευόμαστε αν το αντικείμενο που παρατηρούμε στον ουρανό είναι αμυδρό αλλά κοντινό σε μας, ή φωτεινό και μακρινό.

Η μέθοδος των Κηφείδων δεν είναι η μοναδική για τον προσδιορισμό αποστάσεων στο Σύμπαν. Για παράδειγμα, αν πάμε σε πιο απομακρυσμένα αντικείμενα όπως αυτά των σμηνών γαλαξιών, χρησιμοποιούμε υπερκαινοφανείς αστέρες τύπου Ia (ή όπως είναι ευρέως γνωστοί supernovae type Ia). Τέτοια αντικείμενα είναι γνωστά στην βιβλιογραφία ως standard candles (πρότυπα κεριά) και μας βοηθούν πέρα από το να μετρήσουμε εξωγαλαξιακές αποστάσεις, να καθορίσουμε τη διαστολή και την ηλικία του Σύμπαντος.