Care este viteza expansiunii Universului? Aceasta ar fi măsurată de constanta lui Hubble. Metode diferite însă pare că dau rezultate diferite. O măsurătoare recentă însă, efectuată cu gigante roșii, pare că rezolvă misterul.

Expansiunea Universului

Până în anii '20 ai secolului trecut se credea că Universul nostru este static: adică că ar fi existat dintotdeauna și va exista pentru totdeauna mai mult sau mai puțin cum îl vedem. Einstein însuși credea acest lucru, ceea ce l-a făcut să introducă în ecuațiile relativității generale un termen în plus: constanta cosmologică, care să mențină Universul static. În 1929 însă Edwin Hubble demonstrează, măsurând deplasarea spre roșu a galaxiilor, cum că Universul nostru este în expansiune. Practic, observă că galaxiile se îndepărtează de noi, ceea ce duce la concluzia expansiunii Universului. Care este viteza expansiunii? Această viteză depinde de distanța obiectului cosmic față de noi – cu cât mai îndepărtat cu atât mai repede se îndepărtează; există însă o relație între distanță și viteză – viteza fiind proporțională (lăsând la o parte expansiunea accelerată) cu distanța, constanta de proporționalitate fiind denumită constanta lui Hubble.

Care este valoarea constantei lui Hubble?

Hubble însuși a efectuat prima măsurătoare a constantei obținând o valoare cu erori foarte mari de circa 500 km/s/Mpc (Mpc fiind un Megaparsec – adică circa 3.26 milioane ani lumina). Ulterior au fost efectuate observații și măsurători folosind metode diferite și obiecte cosmice diferite. Cu cât precizia măsurătorilor a fost mai mare cu atât s-au putut compara mai bine aceste valori: așa a luat naștere misterul constantei lui Hubble – deoarece metode diferite dădeau valori diferite.

Astfel, o metodă folosește măsurători asupra radiației cosmice de fond din Univers – cea care a luat naștere la circa 380.000 ani după Big Bang și obține o valoare în jur de 67 km/s/Mpc. Măsurători efectuate asupra cefeidelor, stele variabile gigante, dau însă valori mai mari – circa 72 km/s/Mpc. Valori diferite – care în limita erorilor nu sunt (prea) compatibile.

Misterul constantei lui Hubble

De la această diferență între constantele lui Hubble măsurate cu metode diverse a luat naștere o enigmă. Este cu adevărat vorba de valori diferite sau sunt la mijloc ceva erori de măsurătoare? Mulți s-au grăbit să spună cum că diferență ar avea de-a face cu o fizică nouă – întrucât valorile măsurate ar aparține a două faze din evoluția Universului diferite – una în Universul timpuriu, cealaltă într-un Univers mai apropiat de noi. Este deci clar că sunt necesare noi măsurători. O astfel de nouă măsurătoare a constantei lui Hubble a fost recent realizată având la bază gigantele roșii.

Gigantele roșii și noua constantă a lui Hubble

Gigantele roșii sunt stele mari și foarte luminoase care ajung la un maxim de luminozitate (mereu același), înainte ca această luminozitate să scadă. Pot deci fi folosite ca faruri pentru măsurarea distanței în Univers. Un grup condus de astronoama Wendy Freedman de la University of Chicago a folosit deci aceste gigante roșii, mai întâi verificând metoda de calibrare a distanțelor, după care pentru o nouă măsurătoare a constantei lui Hubble. Au obținut un rezultat care se apropie de cel obținut cu radiația de fond: 69.8 km/s/Mpc – rezultat pe care l-au publicat într-un articol recent în The Astrophysical Journal. Ba mai mult: se pare că folosirea cefeidelor nu este atât de bună cum se spera întrucât cefeidele sunt stele tinere în formare în regiuni pline de praf interstelar care ar putea influența rezultatele măsurătorii.

Pe viitor: James Webb Space Telescope

Pentru viitor vor fi folosite datele obținute cu telescopul spațial James Webb care va fi lansat în curând și va efectua măsurători de mare precizie care vor fi folosite pentru a rezolva, se speră, în mod definitiv problema constantei lui Hubble – vom știi astfel cu o precizie și mai bună care este viteza de expansiune a Universului nostru și dacă într-adevăr există diferențe între măsurători efectuate cu metode diferite sau nu.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe