Dve izmed 19 meglenic, ki jih je Hubble analiziral med večletnim projektom umerjanja razdalj, s pomočjo katerih so nato naračunali hitrost širjenja vesolja. Na levi strani je NGC 3972, na desni NGC 1015, ki sta 65 milijonov ter 118 milijonov svetlobnih let stran od Zemlje. Z rumenimi krogi so označene zvezde kefeide,
Dve izmed 19 meglenic, ki jih je Hubble analiziral med večletnim projektom umerjanja razdalj, s pomočjo katerih so nato naračunali hitrost širjenja vesolja. Na levi strani je NGC 3972, na desni NGC 1015, ki sta 65 milijonov ter 118 milijonov svetlobnih let stran od Zemlje. Z rumenimi krogi so označene zvezde kefeide, "geodetski količki" za merjenje razdalj v vesolju. Foto: NASA, ESA, A. Riess (STScI/JHU)
Hubble
Hubble se bliža koncu svoje življenjske dobe, a kljub temu niza rekord za rekordom. Foto: Nasa

Primerjati hitrost širjenja med WMAP-om, Planckom in Hubblom je kot graditi most med oddaljenim vesoljem in bližino. Ko se z obeh koncev bližaš središču, pričakuješ, da se bodo na sredini stvari 'poklopile' [...] Oba rezultata sta bila preizkušena na več različnih načinov. Vse bolj kaže, da to ni hrošč, temveč temeljna narava vesolja.

Riess
Nasina ponazoritev treh korakov, s katerimi so prišli do Hubblove konstante pri veliki natančnosti (napaka je ocenjena na največ 2,3 odstotka). Z novo študijo so analizirali še več kefeid, in to na do 10-krat večjih razdaljah. Foto: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)
Planck, prasevanje
Prasevanje oziroma kozmično mikrovalovno sevanje ozadja, kot ga je posnel Planck. To je temelj za tretjo v članku omenjeno metodo izračuna Hubblove konstante. Foto: Esa, Planck Collaboration
Vsekakor človeštvo obstaja v zanimivi eri vesolja. Danes je še mogoče videti zelo veliko; nekoč pa bo vidna le še neposredna soseščina. Preostalo bo zbežalo daleč stran brez sledu. Na fotografiji supermasivna skupina galaksij Abell 370 iz Hubblovega programa Frontier Fields. Foto: NASA, ESA/Hubble, HST Frontier Fields
Galaksija, ESO, La Silla
Dolgoročno bo z Zemlje (če bo še obstajala) videti le še domača Galaksija, preostale ne več. Foto: ESO/B. Tafreshi

Na videz suhoparen podatek ni nepomemben, nasprotno, je eden najusodnejših vseh časov. Tako kot ima način življenja pri človeku precejšen vpliv na način njegove smrti, tako hitrost širjenja vesolja določa njegovo ultimativno usodo. Še v prejšnjem desetletju je v znanstveni srenji veljalo prepričanje, da se prostor-čas od velikega poka naprej razširja približno enakomerno. Na ta način bi se najbrž polagoma širil še zelo veliko časa in zagotavljal dokaj dolgotrajno, mirno ero obstoja.

Toda leta 2011 je padla Nobelova nagrada za odkritje, da se prostor vesolja napihuje pospešeno. Še več, v letih zatem so bile opravljene še boljše meritve ter izračuni, ki so hitrost širjenja postavile na še višje številke.

Vesolje se veča tako hitro, da človeštvo velike večine drugih galaksij ne bo nikoli fizično doseglo, saj nam bodo pobegnile. Še več, tako hitro odhajajo, da jih nekoč ne bomo mogli niti videti, so ugotovili znanstveniki.

Temu scenariju v prid govori tudi sveža raziskava. Naredil jo je nihče drug kot nobelovec iz leta 2011, Adam Riess. S pomočjo vesoljskega teleskopa Hubble, nekaj premetenih znanstvenih metod in raziskovalne ekipe je z najvišjo natančnostjo do zdaj naračunal t. i. Hubblovo konstanto, številko, ki opisuje hitrost širjenja vsemirja na določeni točki časa.

S tem so potrdili dve stvari. Prvo je, pričakovano, ocena omenjene konstante. Drugo: vse bolj očitno neskladje, ki nakazuje na obstoj čisto nove, še nepoznane fizike, piše v sporočilu za javnost Hubblove ekipe. Vesolje se namreč dandanes širi precej hitreje, kot bi lahko pričakovali glede na razvoj dogajanja v njegovem "otroštvu".

Raziskava je objavljena v znanstveni publikaciji The Astrophysical Journal.
Težavno merjenje razdalj
Zdaj pa nekoliko natančneje. Riess je z ekipo zadnjih šest let potrošil za merjenje razdalj do nekaterih zvezd galaksij. Gre za zahtevno početje, saj od tukaj do tam ni mogoče postaviti gigantskega ravnila ter odčitati številke. Teleskop vidi samo pikico svetlobe na nebu, koliko je do nje, pa je velika uganka, ki jo je mogoče predstaviti s tuzemsko težavo. Navadna sobna brlivka je lahko od blizu enako svetla kot močan žaromet lokomotive v daljavi. Astronomi se morajo zato zanašati na številne tehnike, da iz snopa izluščijo informacijo ali dve o svetlobnih letih. Nadalje niso vse metode primerne za vse razdalje. Nekaj se jih da uporabiti znotraj Galaksije, nekaj v okolici, nekaj bližajoč se začetku časa. Sistem astronomi imenujejo lestvica kozmične razdalje in kot druge metode meritev ima tudi ta svoje omejitve in razpon napake. Riess je v šestih letih z neutrudnim delom lestvico "okrepil in utrdil".

Pri tem so v veliko pomoč t. i. standardni svetilniki, vesoljske različice geodetskih količkov. Če poznamo absolutno svetlost sveče ali žarometa tovornjaka, lahko glede na zaznani žar ugotovimo, kako daleč sta. Takšne so zvezde kefeide in supernove tipa la, saj imajo znan, vedno enak ali natančno ugotovljiv izsev.

Kefeidne spremenljivke so utripajoče zvezde, katerih način temnitve in svetlitve je neposredno povezan z njihovo pravo svetlostjo. Supernove tipa la pa so eksplozije, ki se vedno zgodijo le v dvozvezdju, vsebujočem večjo zvezdo in belo pritlikavko, pri čemer zadnja prvi "krade" maso. Ko ji odgrabi preveč, eksplodira supernova, to pa se vedno zgodi pri enaki masi večje zvezde, posledično je znana tudi absolutna svetlost.

Sestavljanje kozmične lestvice
Raziskovalna skupina je pri 19 nekoliko bližnjih meglenicah poiskala oba tipa objektov in s pomočjo veteranskega teleskopa Hubble izmerila njihovo svetlost. Ko je imela v rokah točno svetlost teh supernov, se je lahko osredinila na precej bolj oddaljene meglenice, v njih poiskala dodatne supernove in spet natančno izmerila razdaljo do teh oddaljenk (kefeide so temnejše in vidne le bolj od blizu). Ime kozmična lestvica izhaja iz opisane postopnosti.

Tokrat je Riess dodal še eno metodo, imenovano paralaksa. Uporabili so jo že stari Grki, da so prišli do razdalje med Zemljo in Mesecem, Riess pa je z njo rafiniral kefeidna opazovanja, natančneje, devet kefeid znotraj domače Galaksije od 6.000 do 12.000 svetlobnih let stran. Do zdaj analizirane kefeide so od 300 do 1.600 let stran.

Paralakso je Hubble posnel tako, da je isto zvezdo fotografiral z dveh različnih mest. Hubble kroži okoli Zemlje, je torej vedno pri njej in ji sledi na poti okoli Sonca. Ko je bil na eni strani orbite, je naredil en posnetek, drugi pa na nasprotni strani. S tem je poskušal razbrati drobceno spremembo v perspektivi, ki na posnetku zvezde meri let stotinko piksla na kameri, ali drugače, kot zrno peska 160 kilometrov stran. Za to je moral Hubble vsako posamezno kefeido fotografirati tisočkrat na minuto vsakih šest mesecev - in to početi kar štiri leta.

Natančne izide bližnjih kefeid so nato uporabili za sklepanje o bolj oddaljenih, ki so tudi v drugih galaksijah, in posledično natančneje umerili tudi oddaljenost prej omenjenih supernov tipa la ter z boljšim "ravnilom" nadaljevali vse dlje v vesolje, s čimer so utrjevali kozmično lestvico. Tako pojasnjujejo v sporočilu za javnost.
Kaj so naračunali
Pridobljene podatke so nato uporabili za izračun Hubblove konstante. Postavili so jo na 73 kilometrov na sekundo na megaparsek. (Parsek je astronomska enota za razdaljo, ki meri 3,26 svetlobnega leta.)

Težava je v tem, da je neki drugi teleskop, Planck, poskrbel za visoko natančno, a dovolj drugačno meritev, da se zdaj fiziki praskajo po glavi v nejeveri. S pomočjo Plancka so izmerili Hubblovo konstanto, kakršna je bila na začetku vesolja, približno 380.000 let po velikem poku, in sicer na podlagi najstarejše svetlobe sploh.

Če znanost pozna izvorne količine snovi in energije v zgodnjem vesolju in če njeno poznavanje fizike drži, potem bi morali iz Planckovih podatkov biti sposobni napovedati današnjo hitrost širjenja vesolja. In so jo: to je 66,53 kilometra na sekundo na megaparsek. To je precej manj od 73, razlika je skoraj desetodstotna.

"Primerjati hitrost širjenja med WMAP-om, Planckom in Hubblom je kot graditi most med oddaljenim vesoljem in bližino. Ko se z obeh koncev bližaš središču, pričakuješ, da se bodo na sredini stvari 'poklopile'," je že pred časom pojasnil Riess.

In ker se ne, bo treba najti vzrok. Meritve Hubbla in Plancka so namreč tako natančne, da neskladje ni moglo nastati naključno, zaradi napake ali kot posledica uporabljene metode. "Oba rezultata sta bila preizkušena na več različnih načinov. Vse bolj kaže, da to ni hrošč, temveč temeljna narava vesolja," je dejal.

Mogoče razlage
Pojasnjevanje bo zahtevalo še precej dela, navrzimo pa nekaj mogočih "krivcev". Prvi je temna energija, neznana zadeva, ki po dozdajšnjih izračunih zavzema kar dve tretjini vsega obstoječega v vesolju. Nihče ne ve zares, kaj to je, bila pa naj bi krivec za to, da se vesolje širi pospešeno. Najširše sprejeta razlaga pravi, da tudi kar se da prazen prostor ni nič; temveč je dejavnik sam po sebi, ima lastno energijo. Ta po delovanju spominja na protitežnost, a ni to. Temna energija deluje kot pritisk narazen, kot protitlak, ki stvari potiska stran. Najboljši približek delovanja temne energije je Hubblova konstanta.

Drugi mogoči vzrok je t. i. temno sevanje. Tega sestavljajo nekateri že znani delci, kot so nevtrini, da pa bi pojasnilo neskladje, bi moral obstajati še en tip nevtrina, sterilni nevtrino, ki bi od vseh znanih sil odgovarjal le težnosti (in bi torej ustrezal tudi definiciji temne snovi).

Tretja možnost: temna snov, znova neznan dejavnik, ki ga človeštvo pozna zgolj po gravitacijskem vplivu na našo vidno snov, močneje reagira z njo, kot so domnevali do zdaj.

Mogoče usode
Pomembno vprašanje je, kako silna je temna energija in ali njena količina skozi čas stoji ali narašča, saj vpliva na širjenje vesolja, to pa pove, kaj se bo z vesoljem na koncu zgodilo. V grobem obstajajo trije scenariji. Prvi pravi, da se bo vesolje širilo vedno počasneje, vse dokler se ne bo ustavilo, in proces se bo obrnil, kar naj bi privedlo do krčenja in ponovne zgostitve na eni neskončno majhni točki - čemur naj bi sledil nov veliki pok.

Po drugem scenariju se bo vesolje polagoma širilo v neskončnost. Fizika nalaga, da širjenje privede do hlajenja, kot je hladen prš, ki prihaja iz pločevinke s stisnjenim dezodorantom. Za zdaj meritve kažejo, da je ta scenarij pravi. Vesolje čaka toplotna smrt, ko se bo vse tako ohladilo, da se ne bo nič več premikalo in ne bo potekal noben proces več, je pred časom za MMC razložila astrofizičarka Andreja Gomboc.

Nova meritev pa namiguje, da bi morda lahko držal tudi zadnji scenarij. Morda silnost temne energije čez čas narašča. Na splošno naj bi bila temna energija neločljiva lastnost prostora - ko v vesolju nastaja vse več prostora, naj bi s tem nastajalo tudi več temne energije. Če bo ta vse bolj prežemala vesolje, bo na koncu postala tako silna, da bo prav vse raztrgala na najmanjše mogoče koščke.

Primerjati hitrost širjenja med WMAP-om, Planckom in Hubblom je kot graditi most med oddaljenim vesoljem in bližino. Ko se z obeh koncev bližaš središču, pričakuješ, da se bodo na sredini stvari 'poklopile' [...] Oba rezultata sta bila preizkušena na več različnih načinov. Vse bolj kaže, da to ni hrošč, temveč temeljna narava vesolja.

Riess