Τι συμβαίνει με τη Σταθερά του Hubble;

Το Σύμπαν διαστέλλεται, αυξάνεται δηλαδή ο όγκος του. Η παρατήρηση αυτή έγινε από τον Edwin Hubble το 1929, ο οποίος έδειξε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται από την Γη με ταχύτητα ανάλογη με την απόστασή τους. Όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα φεύγει μακριά μας. Ο βέλγος ιερέας Lemaitre είχε επίσης δημοσιεύσει μία εργασία για ένα διαστελλόμενο Σύμπαν το 1927 χωρίς ωστόσο να γίνει ευρέως γνωστή.

Η σταθερά του Hubble Η₀, η κλίση της ευθείας στο παραπάνω σχήμα, περιγράφει την διαστολή του Σύμπαντος. Όσο μεγαλύτερη τιμή έχει η σταθερά αυτή, τόσο πιο γρήγορη είναι η διαστολή. Να σημειώσουμε ότι η μονάδα μέτρησης είναι km/sec/Mpc. Το pc (parsec), είναι απόσταση ίση με 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός ή περίπου 206.000 αστρονομικές μονάδες ή 31 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Το Mpc (Megaparsec) είναι 1.000.000 parsecs. Σημειώστε ότι η διάμετρος του γαλαξία μας είναι 32.408 parsecs.

Η σταθερά του Hubble είναι ένα ιδιαίτερο μέγεθος για την αστρονομία για δύο λόγους. Αρχικά, είναι μία σταθερά που δεν είναι και τόσο…σταθερή! Το Σύμπαν διαστέλλεται σε οποιοδήποτε σημείο του, με τον ίδιο ρυθμό, αλλά ο ρυθμός αυτός αλλάζει με το χρόνο! Δεύτερον, η ηλικία του Σύμπαντος σχετίζεται με το αντίστροφο της σταθεράς του Hubble. Ο προσδιορισμός λοιπόν της τιμής απαντά σε σύγχρονα επιστημονικά ερωτήματα.

Πως υπολογίζουμε όμως τη σταθερά του Hubble;

Υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι για τον ακριβή υπολογισμό του σημαντικού αυτού μεγέθους της Κοσμολογίας.

● Η πρώτη μέθοδος χρησιμοποιεί την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (Cosmic Microwave Background Radiation*) από τον δορυφόρο Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. Μέσω της ανάλυσης του σήματος του CMB το αποτέλεσμα της έρευνας είναι 67,4 km/s/Mpc.

● Η ερευνητική ομάδα SH0ES παρατηρεί Κηφείδες αστέρες (Cepheids), ένα είδος μεταβλητών αστέρων που η λαμπρότητά τους παρουσιάζει διακυμάνσεις. Μέσω της μετατόπισης Doppler** εκτιμούν την σταθερά του Hubble κοντά στα 74 km/s/Mpc.

● Η τρίτη μέθοδος, που βασίζεται στους Βαρυτικούς Φακούς, εφαρμόζεται από την ομάδα H0LiCOW (H₀ Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring). Το φως μακρινών φωτεινών πηγών διαστρεβλώνεται όταν παρεμβάλλεται ανάμεσα σε αυτές και τη Γη, ένα άλλο μεγάλης μάζας αντικείμενο, πχ γαλαξίας, μαύρη τρύπα κτλ. Η ομάδα αυτή στοχεύει σε κβάζαρ (ή κουέιζαρ, στα αγγλικά quasar), τα οποία είναι εξαιρετικά μακρινοί γαλαξίες με μεγάλη εκπομπή ραδιοκυμάτων. Πιστεύεται ότι αυτά τα υπερμεγέθη αστρονομικά αντικείμενα έχουν στο εσωτερικό τους μία τεράστια μαύρη τρύπα με μάζα δισεκατομμύρια φορές όση η μάζα του Ήλιου! Η τεχνική αυτή είναι τελείως ανεξάρτητη από τις προηγούμενες υπολογίζοντας την σταθερά του Hubble στα 73.3km/s/Mpc.

• Οι ερευνητικές ομάδες LIGO και VIRGO προσπαθούν επίσης να μετρήσουν τη σταθερά του Hubble μέσω βαρυτικών κυμάτων. Τα αποτελέσματα τους εντοπίζουν την σταθερά κοντά στα 70 km/s/Mpc, αλλά με μικρή ακρίβεια προς το παρόν.

Είναι φανερό ότι οι περισσότερες από τις παραπάνω μεθόδους δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα, με αντίστοιχα πολύ μικρά σφάλματα (μικρές αποκλίσεις) (Βλέπε εικόνα). Είναι η διαφορά αυτή, το  λεγόμενο “Hubble tension”, στατιστικό λάθος; Υπάρχει άραγε χώρος για άγνωστους φυσικούς νόμους στο σύγχρονο θεωρητικό μοντέλο του Σύμπαντος (ΛCDM); Πριν από έναν αιώνα οι αστρονόμοι τοποθετούσαν την σταθερά ανάμεσα στο 0 και το 500. Σήμερα η τιμή κυμαίνεται ανάμεσα στα 67-74 km/s/Mpc. Μεγάλη η βελτίωση, αλλά περιμένουμε με αγωνία νέες έρευνες και αποτελέσματα για μεγαλύτερη ακρίβεια και τη λύση του “μυστηρίου”!

* Το αρχαιότερο φως του Σύμπαντος, προερχόμενο 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη.

** Αλλαγή στην συχνότητα ενός κύματος από παρατηρητή που βρίσκεται σε σχετική κίνηση με την πηγή.