Kako smo dobili ovde? Gde mi to idemo? I koliko će to trajati? Ova pitanja su stara koliko i samo čovečanstvo, i, ako su ih već postavljale druge vrste negde drugde u univerzumu, potencijalno su mnogo starija od toga.
Oni su takođe neka od osnovnih pitanja na koja pokušavamo da odgovorimo u proučavanju univerzuma, zvanom kosmologija. Jedna kosmološka zagonetka je koliko se brzo svemir širi, što se meri brojem koji se zove Hablova konstanta. I oko toga postoji prilično napetost.
U dva nova rada koje je vodio moj kolega Patrik Keli sa Univerziteta u Minesoti, uspešno smo koristili novu tehniku – koja uključuje svetlost eksplodirajuće zvezde koja je stigla na Zemlju višestrukim vijugavim rutama kroz svemir koji se širi – za merenje Hablove konstante. Radovi su objavljeni u časopisima Science i The Astrophysical Journal.
A ako naši rezultati ne reše u potpunosti napetost, oni nam daju još jedan trag — i još pitanja koja treba da postavimo.
Još od 1920-ih znamo da se univerzum širi.
Oko 1908. godine, američka astronomka Henrieta Livit pronašla je način da izmeri unutrašnji sjaj neke zvezde koja se zove promenljiva Cefeida – ne koliko svetle izgledaju sa Zemlje, što zavisi od udaljenosti i drugih faktora, već koliko su sjajne u stvari. Cefeidi postaju svetliji i zatamnjeniji u redovnom ciklusu, a Livit je pokazao da je intrinzična svetlost povezana sa dužinom ovog ciklusa.
Livittov zakon, kako se sada zove, omogućava naučnicima da koriste cefeide kao „standardne sveće“: objekte čija je unutrašnja svetlost poznata, i stoga, čija se udaljenost može izračunati.
Kako ovo radi? Zamislite da je noć, a vi stojite na dugoj, mračnoj ulici sa samo nekoliko rasvetnih stubova koji idu niz put. Sada zamislite da svaki stub ima istu vrstu sijalice, iste snage. Primetićete da su udaljeni izgledaju blaže od obližnjih.
Znamo da svetlost bledi proporcionalno svojoj udaljenosti, u nečemu što se zove zakon obrnutog kvadrata za svetlost. Sada, ako možete da izmerite koliko vam se čini svetlo svako svetlo, i ako već znate koliko svetlo treba da bude, onda možete da shvatite koliko je udaljen svaki svetlosni stub.
Godine 1929, drugi američki astronom, Edvin Habl, uspeo je da pronađe veliki broj ovih zvezda Cefeida u drugim galaksijama i izmeri njihovu udaljenost—i na osnovu tih rastojanja i drugih merenja, mogao je da utvrdi da se univerzum širi.
Ova standardna metoda sveće je moćna, omogućavajući nam da izmerimo ogroman univerzum. Uvek tražimo različite sveće koje se mogu bolje izmeriti i videti na mnogo većoj udaljenosti.
Neki nedavni pokušaji da se svemir izmeri dalje od Zemlje, kao što je projekat SH0ES čiji sam deo bio, a koji je vodio nobelovac Adam Riss, koristili su cefeide zajedno sa vrstom eksplodirajuće zvezde koja se zove supernova tipa Ia, koja se takođe može koristiti kao standardna sveća.
Postoje i druge metode za merenje Hablove konstante, kao što je ona koja koristi kosmičku mikrotalasnu pozadinu — reliktnu svetlost ili zračenje koje je počelo da putuje kroz univerzum ubrzo nakon Velikog praska.
Problem je u tome što se ova dva merenja, jedno u blizini koristeći supernove i cefeide, i jedno mnogo dalje koristeći mikrotalasnu pozadinu, razlikuju za skoro 10%. Astronomi ovu razliku nazivaju Hablovom tenzijom i traže nove tehnike merenja kako bi je rešili.
U našem novom radu, uspešno smo koristili novu tehniku za merenje ove stope širenja univerzuma. Rad je zasnovan na supernovi pod nazivom Supernova Refsdal.
Godine 2014. naš tim je uočio više slika iste supernove — prvi put kada je primećena takva supernova sa „sočivima“. Umesto da svemirski teleskop Habl vidi jednu supernovu, mi smo videli pet!
Kako se ovo dešava? Svetlost iz supernove je nestala u svim pravcima, ali je putovala kroz svemir izobličen ogromnim gravitacionim poljima ogromnog jata galaksija, koje su savijale deo putanje svetlosti na takav način da je na kraju stigla na Zemlju više puta. Svaka pojava supernove stigla je do nas drugačijim putem kroz univerzum.
Zamislite da tri voza napuštaju istu stanicu u isto vreme. Međutim, jedan ide direktno do sledeće stanice, drugi pravi široki put kroz planine, a drugi preko obale. Svi oni odlaze i stižu na iste stanice, ali putuju na različita putovanja i tako, dok odlaze u isto vreme, stižu u različito vreme.
Dakle, naše slike sa sočiva pokazuju istu supernovu, koja je eksplodirala u jednom određenom trenutku, ali svaka slika je prošla drugačiji put. Gledajući na dolazak na Zemlju svake pojave supernove – od kojih se jedna dogodila 2015. godine, nakon što je zvezda koja je eksplodirala već primećena – mogli smo da izmerimo vreme njihovog putovanja, a samim tim i koliko je univerzum porastao dok je slika bio u tranzitu.
Ovo nam je dalo drugačije, ali jedinstveno merenje rasta univerzuma. U radovima nalazimo da je ovo merenje bliže merenju kosmičke mikrotalasne pozadine, a ne obližnjem merenju Cefeida i supernove. Međutim, na osnovu svoje lokacije, trebalo bi da bude bliže merenju Cefeida i supernove.
Iako ovo uopšte ne rešava debatu, daje nam još jedan trag koji treba da pogledamo. Može postojati problem sa vrednošću supernove, ili našim razumevanjem klastera galaksija i modela koje treba primeniti na sočivo, ili nešto sasvim drugo.
Kao deca u zadnjem delu auta na putu koji pitaju „jesmo li stigli“, još uvek ne znamo.
