Pada tahun 1920-an, Edwin Hubble membuat penyataan yang mengejutkan bahawa Alam Semesta berada dalam keadaan perluasan. Mula-mula diramalkan sebagai akibat Teori Relativiti Umum Einstein, pengesahan ini membawa kepada apa yang dikenali sebagai Konstanta Hubble. Dalam beberapa dekad yang pasti, dan berkat penggunaan teleskop generasi akan datang - seperti Teleskop Angkasa Hubble (HST) - saintis telah dipaksa untuk merevisi undang-undang ini.
Ringkasnya, dalam beberapa dekad yang lalu, kemampuan untuk melihat lebih jauh ke angkasa (dan semakin mendalam) memungkinkan para astronom membuat pengukuran yang lebih tepat mengenai seberapa cepat Alam Semesta awal berkembang. Dan berkat tinjauan baru yang dilakukan menggunakan Hubble, pasukan astronomi antarabangsa telah dapat melakukan pengukuran kadar pengembangan Alam Semesta yang paling tepat sehingga kini.
Tinjauan ini dilakukan oleh pasukan Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES), kumpulan astronomi antarabangsa yang telah berusaha untuk memperbaiki ketepatan Constant Hubble sejak tahun 2005. Kumpulan ini diketuai oleh Adam Reiss of the Space Telescope Science Institute (STScI) dan Johns Hopkins University, dan termasuk ahli dari Muzium Sejarah Alam Amerika, Institut Neils Bohr, Balai Cerap Astronomi Optik Nasional, dan banyak universiti dan institusi penyelidikan yang berprestij.
Kajian yang menjelaskan penemuan mereka baru-baru ini muncul di Jurnal Astrofizik di bawah tajuk "Jenis Ia Supernova Jarak di Redshift> 1.5 dari Teleskop Angkasa Hubble Program Perbendaharaan Berbilang Kitaran: Kadar Pengembangan Awal “. Demi kajian mereka, dan selaras dengan tujuan jangka panjang mereka, pasukan berusaha untuk membina "tangga jarak" yang baru dan lebih tepat.
Alat ini adalah bagaimana ahli astronomi secara tradisional mengukur jarak di Alam Semesta, yang terdiri daripada bergantung pada penanda jarak seperti pemboleh ubah Cepheid - bintang berdenyut yang jaraknya dapat disimpulkan dengan membandingkan kecerahan intrinsik mereka dengan kecerahan jelas mereka. Pengukuran ini kemudian dibandingkan dengan cara cahaya dari galaksi jarak diubah merah untuk menentukan seberapa cepat ruang antara galaksi berkembang.
Dari ini, Constant Hubble diturunkan. Untuk membina tangga jauh mereka, Riess dan pasukannya melakukan pengukuran paralaks menggunakan Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3) dari lapan bintang pemboleh ubah Cepheid yang baru dianalisis di Bima Sakti. Bintang-bintang ini berada sekitar 10 kali lebih jauh daripada yang dikaji sebelumnya - antara 6,000 hingga 12,000 tahun cahaya dari Bumi - dan berdenyut pada selang waktu yang lebih lama.
Untuk memastikan ketepatan yang dapat mempengaruhi goyangan bintang-bintang ini, pasukan juga mengembangkan kaedah baru di mana Hubble akan mengukur kedudukan bintang seribu kali seminit setiap enam bulan selama empat tahun. Pasukan itu kemudian membandingkan kecerahan lapan bintang ini dengan Cepheids yang lebih jauh untuk memastikan mereka dapat mengira jarak ke galaksi lain dengan lebih tepat.
Dengan menggunakan teknik baru, Hubble dapat menangkap perubahan kedudukan bintang-bintang ini berbanding dengan yang lain, yang sangat mempermudah sesuatu. Seperti yang dijelaskan oleh Riess dalam siaran akhbar NASA:
"Kaedah ini memungkinkan peluang berulang untuk mengukur perpindahan yang sangat kecil akibat paralaks. Anda mengukur pemisahan antara dua bintang, bukan hanya di satu tempat di kamera, tetapi berulang-ulang kali, mengurangkan kesalahan dalam pengukuran. "
Berbanding dengan tinjauan sebelumnya, pasukan ini dapat memperluas jumlah bintang yang dianalisis hingga jarak hingga 10 kali lebih jauh. Namun, hasilnya juga bertentangan dengan keputusan yang diperoleh oleh satelit Planck Badan Angkasa Eropah (ESA), yang telah mengukur Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) - sisa radiasi yang diciptakan oleh Big Bang - sejak dikerahkan pada tahun 2009.
Dengan memetakan CMB, Planck dapat menelusuri pengembangan kosmos semasa awal Universe - sekitar. 378,000 tahun selepas Big Bang. Hasil Planck meramalkan bahawa nilai malar Hubble sekarang seharusnya 67 kilometer sesaat per megaparsec (3,3 juta tahun cahaya), dan tidak boleh lebih tinggi dari 69 kilometer per detik per megaparsec.
Berdasarkan hasil kajian mereka, pasukan Riess memperoleh nilai 73 kilometer sesaat per megaparsec, perbezaan 9%. Pada dasarnya, hasilnya menunjukkan bahawa galaksi bergerak pada kadar yang lebih cepat daripada yang ditunjukkan oleh pemerhatian Alam Semesta awal. Kerana data Hubble begitu tepat, para astronom tidak dapat menolak jurang antara kedua hasil tersebut sebagai kesalahan dalam pengukuran atau metode tunggal. Seperti yang dijelaskan oleh Reiss:
"Komuniti benar-benar bergelut dengan memahami arti perbezaan ini ... Kedua-dua hasil telah diuji dengan pelbagai cara, sehingga menghadirkan serangkaian kesalahan yang tidak berkaitan. semakin besar kemungkinan bahawa ini bukan pepijat tetapi ciri alam semesta. "
Oleh itu, hasil terbaru ini menunjukkan bahawa beberapa kekuatan yang sebelumnya tidak diketahui atau beberapa fizik baru mungkin berfungsi di Alam Semesta. Dari segi penjelasan, Reiss dan pasukannya telah menawarkan tiga kemungkinan, yang semuanya ada hubungannya dengan 95% Alam Semesta yang tidak dapat kita lihat (iaitu bahan gelap dan tenaga gelap). Pada tahun 2011, Reiss dan dua saintis lain dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik kerana penemuan mereka pada tahun 1998 bahawa Alam Semesta berada dalam tahap pengembangan yang dipercepat.
Selaras dengan itu, mereka menunjukkan bahawa Tenaga Gelap dapat mendorong galaksi selain dengan kekuatan yang semakin meningkat. Kemungkinan lain adalah terdapat zarah subatom yang tidak ditemui di luar sana yang mirip dengan neutrino, tetapi berinteraksi dengan bahan normal secara graviti dan bukannya daya subatom. Neutrinos steril ini akan bergerak hampir dengan kecepatan cahaya dan secara kolektif dikenal sebagai "radiasi gelap".
Sebarang kemungkinan ini bermaksud bahawa kandungan Alam Semesta awal adalah berbeza, sehingga memaksa memikirkan kembali model kosmologi kita. Pada masa ini, Riess dan rakan-rakannya tidak mempunyai jawapan, tetapi merancang untuk terus menyesuaikan pengukuran mereka. Setakat ini, pasukan SHoES telah menurunkan ketidakpastian Hubst Constant kepada 2.3%.
Ini sesuai dengan salah satu tujuan utama Hubble Space Telescope, yang membantu mengurangkan nilai ketidakpastian di Hubble's Constant, yang mana anggarannya sekali berbeza berdasarkan faktor 2.
Oleh itu, walaupun perbezaan ini membuka pintu kepada soalan baru dan mencabar, ini juga dapat mengurangkan ketidakpastian kita secara besar-besaran ketika hendak mengukur Alam Semesta. Pada akhirnya, ini akan meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana Alam Semesta berkembang setelah ia diciptakan dalam bencana yang dahsyat 13.8 bilion tahun yang lalu.
