Kosmologiassa on jotain, joka voi pakottaa meidät kirjoittamaan muutama oppikirja. Se keskittyy maailmankaikkeuden laajentumisen mittaamiseen, mikä on tietenkin melko tärkeä osa ymmärrystämme kosmosta.
Universumin laajenemista säätelevät kaksi asiaa: Dark Energy ja Dark Matter. Ne ovat kuin kosmoksen yin ja yang. Yksi ajaa laajenemista, kun taas toinen asettaa jarrut laajenemiseen. Tumma energia työntää maailmankaikkeutta jatkuvasti laajentumaan, kun taas Dark Matter tarjoaa painovoiman, joka hidastaa tätä laajentumista. Ja tähän asti Dark Energy on vaikuttanut olevan jatkuva voima, joka ei koskaan heiluta.
Kuinka tämä tunnetaan? No, kosminen mikroaaltotausta (CMB) on yksi tapa mitata laajentumista. CMB on kuin kaiku maailmankaikkeuden alkuajoista. Se on todisteita, jotka jäivät jäljelle hetkestä noin 380 000 vuotta Ison räjähdyksen jälkeen, kun maailmankaikkeuden laajentumisvauhti vakiintui. CMB on lähde suurimmalle osalle siitä, mitä tiedämme Dark Energystä ja Dark Matterista. (Voit kuulla CMB: n itse ottamalla käyttöön kotitalousradion ja virittämällä staattiseksi. Pieni prosenttiosuus staattisesta lähteestä on CMB: tä. Se on kuin kuuntelemalla ison räjähdyksen kaikua.)
CMB on mitattu ja tutkittu melko perusteellisesti, etenkin ESA: n Planckin observatoriossa ja Wilkinsonin mikroaaltouuni-anisotrooppisessa koettimessa (WMAP). Erityisesti Planck on antanut meille tilannekuvan varhaisesta maailmankaikkeudesta, jonka avulla kosmologit ovat voineet ennustaa maailmankaikkeuden laajenemista. Mutta ymmärryksemme maailmankaikkeuden laajenemisesta ei johdu vain CMB: n tutkimisesta, vaan myös Hubble-vakiosta.
Hubble-vakio on nimetty amerikkalaisen tähtitieteilijän Edwin Hubblen mukaan, joka havaitsi, että galaksien paisumisnopeus voidaan vahvistaa niiden punasiirtymällä. Hubble havaitsi myös Cepheid-muuttuvat tähdet, tavallinen kynttilä, joka antaa meille luotettavat mitat galaksien välisistä etäisyyksistä. Yhdistämällä kaksi havaintoa, nopeus ja etäisyys, saatiin mittaus maailmankaikkeuden laajenemiselle.
Joten meillä on ollut kaksi tapaa mitata maailmankaikkeuden laajentumista, ja he ovat useimmiten samaa mieltä toistensa kanssa. Muutaman prosenttiyksikön välillä on ollut eroja, mutta se on ollut mittausvirheiden alueella.
Mutta nyt jotain on muuttunut.
Johns Adam Hopkinsin yliopiston tohtori Adam Riess ja hänen tiiminsä ovat raportoineet uudessa lehdessä tiukemman mittauksen maailmankaikkeuden laajenemisesta. Riess ja hänen tiiminsä käyttivät Hubble-avaruusteleskooppia tarkkaillakseen 18 vakiona kynttilää isäntägalakseissaan, ja ne ovat vähentäneet joitain aikaisempien standardikynttilöiden tutkimuksiin liittyvää epävarmuutta.
Tämän tarkemman mittauksen tulos on, että Hubble-vakio on tarkennettu. Ja se puolestaan on lisännyt eroa kahden tapaa, joilla maailmankaikkeuden laajentumista mitataan. Ero sen välillä, mitä Hubble-vakio kertoo, on laajentumisnopeus ja mitä Planck-avaruusaluksen mittaama CMB on, on nyt 8%. Ja 8% on liian suuri ero, jotta se voidaan selittää mittausvirheenä.
Tämän seurauksena on, että joudumme ehkä tarkistamaan kosmologian vakiomallimme ottaaksemme tämän jotenkin huomioon. Ja tällä hetkellä voimme vain arvata, mitä voi olla tarpeen muuttaa. Ehdokkaita on kuitenkin ainakin pari.
Se voi keskittyä Dark Matterin ja sen käyttäytymisen ympärille. On mahdollista, että maailmankaikkeuden voima vaikuttaa pimeään aineeseen, joka ei toimi missään muussa. Koska Dark Matterista tunnetaan niin vähän ja nimi itsessään on vähän enemmän kuin paikkamerkkijono jotain, josta olemme melkein täysin tietämättömiä, se voisi olla se.
Tai voi olla jotain tekemistä Dark Energyn kanssa. Myös sen nimi on oikeastaan vain paikkamerkki jotain, josta emme tiedä melkein mitään. Ehkä tumma energia ei ole vakio, kuten olemme ajatelleet, mutta muuttuu ajan myötä vahvistua nyt kuin aiemmin. Se voisi johtua eroista.
Kolmas mahdollisuus on, että tavalliset kynttilät eivät ole luotettavia etäisyyden osoittimia, joiden luulimme olevan. Olemme tarkenneet vakiokynttilöiden mittoja aiemmin, ehkäpä mekin.
Mihin tämä kaikki johtaa, on tässä vaiheessa mahdollista spekuloida. Universumin laajentumisnopeus on muuttunut aiemmin; Noin 7,5 miljardia vuotta sitten se kiihtyi. Ehkä se muuttuu jälleen, nyt meidän aikanamme. Koska Dark Energy vie niin kutsutun tyhjän tilan, ehkä sitä enemmän syntyy, kun laajentuminen jatkuu. Ehkä olemme saavuttamassa toista tippa- tai tasapainotuspistettä.
Ainoa varma asia on, että se on mysteeri. Yksi, jonka ajattelemme ymmärtämään.
