Παρατηρήσεις ερευνητών θέτουν υπό αμφισβήτηση κοσμολογικές θεωρίες

Η μελέτη που έγινε από το Πανεπιστήμιο της Βόννης εξετάζει πόσο καλά οι τρέχουσες μετρήσεις ταιριάζουν με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Κοσμολογικού Μοντέλου. Οι πρόσφατες παρατηρήσεις δημιουργούν πρόβλημα στους αστροφυσικούς: από την μεγάλη έκρηξη, έχουν διαμορφωθεί λιγότερα γαλαξιακά σμήνη κατά τη πάροδο του χρόνου από ότι ήταν πραγματικά αναμενόμενο. Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο της Βόννης έχουν πρόσφατα επιβεβαιώσει το φαινόμενο. Για τα επόμενα τρία χρόνια, οι ερευνητές θα αναλύσουν τα δεδομένα τους με ακόμη μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Αυτό θα τους φέρει σε θέση να μπορούν να επιβεβαιώσουν αν οι θεωρίες που θεωρούνται έγκυρες σήμερα χρειάζεται επανεπεξεργασία. Η μελέτη είναι μέρος μιας σειράς 20 δημοσιεύσεων που παρουσιάζονται στο Astronomy and Astrophysics.

Πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου, η μεγάλη έκρηξη σηματοδότησε την αρχή του σύμπαντος στο οποίο ζούμε. Δημιουργήθηκε ο χώρος και ο χρόνος, αλλά επίσης και όλη η ύλη από την οποία συνίσταται το σημερινό σύμπαν. Από τότε, ο χώρος επεκτάθηκε με ένα τρομακτικό ρυθμό και έτσι διαμορφώθηκε η διάχυτη ομίχλη στην οποία η ύλη κατανεμήθηκε σχεδόν ομοιόμορφα.

Όμως όχι τελείως: σε ορισμένα μέρη η ομίχλη ήταν λίγο πυκνότερη από ότι σε άλλες. Ως αποτέλεσμα, οι περιοχές αυτές ασκούσαν μια ελαφρώς ισχυρότερη βαρυτική έλξη και σιγά-σιγά τράβηξαν υλικό από τα περιβάλλοντά τους. Κατά την πάροδο του χρόνου, η ύλη συγκεντρώνονταν όλο και περισσότερο σε αυτά τα σημεία συγκέντρωσης. Τη ίδια περίοδο, ο χώρος μεταξύ αυτών των σημείων βαθμιαία άδειαζε. Κατά τη διάρκεια 13 δισεκατομμυρίων χρόνων, αυτό διαμόρφωσε μια δομή όμοια με σφουγγάρι: μεγάλες «τρύπες» που δεν έχουν ύλη, χωρισμένες από μικρές περιοχές πλήρεις με χιλιάδες συσσωρευμένους γαλαξίες – τα γαλαξιακά σμήνη.

Έξι παράμετροι εξηγούν το όλο σύμπαν
Το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Μοντέλο περιγράφει αυτή την ιστορία του σύμπαντος, από τα πρώτα δευτερόλεπτα μετά τη μεγάλη έκρηξη μέχρι την σημερινή ημέρα. Η ομορφιά του: το μοντέλο καταφέρνει να εξηγήσει, με μόνο έξι παραμέτρους, οτιδήποτε γνωρίζουμε σήμερα σχετικά με τη γένεση και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Παρόλα αυτά, το μοντέλο ίσως τώρα να έχει φτάσει στα όριά του. «Νέα παρατηρησιακά στοιχεία δείχνουν την εκδοχή ότι η ύλη κατανέμεται σήμερα με διαφορετικό τρόπο από ότι προβλέπει η θεωρία», εξηγεί ο Dr. Florian Pacaud από το Ινστιτούτο Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Βόννης.

Όλα άρχισαν με τις μετρήσεις του δορυφόρου Planck, που εκτοξεύθηκε από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA) για να μετρήσει την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Η ακτινοβολία αυτή είναι, κατά κάποιο τρόπο, ένας απόηχος της μεγάλης έκρηξης. Μεταφέρει κρίσιμη πληροφορία για την κατανομή της ύλης στο πρώιμο σύμπαν, δείχνοντας την κατανομή όπως ήταν μόνο 380.000 χρόνια μετά από τη μεγάλη έκρηξη.

Σύμφωνα με τις μετρήσεις του Planck, η αρχική αυτή κατανομή ήταν τέτοια που, κατά την πάροδο του χρόνου, θα έπρεπε να έχουν σχηματιστεί περισσότερα γαλαξιακά σμήνη από αυτά που παρατηρούμε σήμερα. «Έχουμε μετρήσει με δορυφόρο ακτίνων-Χ των αριθμό των γαλαξιακών σμηνών σε διάφορες αποστάσεις από εμάς», εξηγεί ο Dr. Pacaud. Η ιδέα πίσω από αυτό: το φως από απομακρυσμένα γαλαξιακά σμήνη έχει ταξιδέψει για δισεκατομμύρια χρόνια πριν φθάσει σε μας και έτσι τα παρατηρούμε σήμερα όπως ήταν όταν το σύμπαν ήταν ακόμη νέο. Τα κοντινά σμήνη, αντιθέτως, παρατηρούνται όπως εμφανίστηκαν πολύ πιο πρόσφατα.

«Οι μετρήσεις μας επιβεβαιώνουν ότι τα σμήνη σχηματίστηκαν πολύ αργά», είπε ο Dr. Pacaud. «Έχουμε εκτιμήσει σε ποιο βαθμό αυτό το αποτέλεσμα συγκρούεται με τις βασικές προβλέψεις του Καθιερωμένου Κοσμολογικού Μοντέλου». Ενώ υπάρχει μια μεγάλη απόκλιση μεταξύ των μετρήσεων και των προβλέψεων, η στατιστική αβεβαιότητα στην παρούσα μελέτη δεν είναι ακόμη αρκετά αυστηρή για να θέσει πραγματικά τη θεωρία υπό αμφισβήτηση. Ωστόσο, οι ερευνητές αναμένουν να αποκτήσουν ουσιαστικά περισσότερο σαφή αποτελέσματα από το ίδιο πρόγραμμα μέσα στα επόμενα τρία χρόνια. Αυτά θα αποκαλύψουν τελικά εάν το καθιερωμένο πρότυπο χρειάζεται να αναθεωρηθεί.

Σκοτεινή Ενέργεια – μια σταθερά;
Η μελέτη επίσης παρέχει μια κλεφτή ματιά στη φύση της σκοτεινής ενέργειας. Αυτό το μυστηριώδες συστατικό του σύμπαντος δρα ως ένα είδος διαστρικής μαγειρικής σόδας που αναγκάζει την κοσμική διαστολή να επιταχύνεται. Το «ποσό» της σκοτεινής ενέργειας – η κοσμολογική σταθερά – θα έπρεπε να έχει μείνει η ίδια από τη μεγάλη έκρηξη, ή έτσι υποθέτει το καθιερωμένο πρότυπο της κοσμολογίας. Πολλές παρατηρήσεις μοιάζουν να δείχνουν προς αυτή την κατεύθυνση. «Οι μετρήσεις μας επίσης υποστηρίζουν αυτή τη θέση», εξηγεί ο Dr. Pacaud. «Όμως εδώ και πάλι θα έχουμε αποκτήσει πιο ακριβή αποτελέσματα στο κοντινό μέλλον».

Η μελέτη είναι μέρος ενός ευρύτερης κλίμακας προγράμματος με το κατάλληλο όνομα «XXL Survey», στο πλαίσιο του οποίου περισσότεροι από 100 επιστήμονες σε όλο τον πλανήτη συνεργάζονται. Οι 20 νέες δημοσιεύσεις από τη συνεργασία, συγκεντρώθηκαν σε μια ειδική έκδοση του Astronomy & Astrophysics, παρέχοντας μια γεύση της πλήρους ισχύος του προγράμματος. Η τωρινή ανάλυση βασίζεται σε ένα δείγμα 365 σμηνών, από τα οποία (μέχρι τώρα) μόνο 200 χρησιμοποιήθηκαν για τη στατιστική ανάλυση. Μέχρι το τέλος του προγράμματος – σχεδιάζεται για το 2020 – αυτή η βάση δεδομένων με κάπου 400 με 500 σμήνη.