• Tweet

Pământul, Calea Lactee şi chiar întreaga "regiune locală" a Universului din jurul nostru s-ar afla într-un vid cosmic, un spaţiu de densitate mai mică a materiei prin comparaţie cu restul Universului, conform unui nou studiu realizat de cercetători de la Universitatea din Portsmouth, Marea Britanie.

Dacă lucrurile stau aşa, atunci acesta ar putea fi răspunsul la una dintre cele mai frustrante probleme ale cosmologiei - aşa-numita "tensiune Hubble". Noul studiu sugerează că "oscilaţiile acustice barionice" (BAO), ecouri ale momentelor iniţiale ale Universului par să susţină ideea unui vid local sau a unei "bule Hubble". Dilema cu privire la tensiunea Hubble este legată de faptul că, atunci când este măsurată folosind diferite tehnici, viteza cu care Universul se extinde (cunoscută sub numele de constanta Hubble) are valori diferite. O tehnică măsoară constanta Hubble folosind observaţii astronomice în Universul local, în timp ce cealaltă oferă valoarea sa ca medie pe întregul Univers.

Acest lucru înseamnă că, dacă Universul local se află într-o "bulă Hubble" de densitate mică, s-ar extinde mai repede decât cosmosul mai larg, cu densitate mai mare, explicând de ce observaţiile oferă o valoare mai mare a constantei Hubble şi o expansiune mai rapidă decât media teoretică mai lentă. "O soluţie potenţială la această inconsecvenţă este că galaxia noastră este aproape de centrul unui vid local mare", a declarat coordonatorul studiului, Indranil Banik, de la Universitatea din Portsmouth, într-un comunicat. "Acest lucru ar face ca materia să fie atrasă de gravitaţie spre exteriorul vidului unde densitatea este mai mare, ceea ce ar duce, în timp, la golirea vidului. Pe măsură ce vidul se goleşte, viteza obiectelor care se îndepărtează de noi ar fi mai mare decât dacă vidul nu ar fi acolo (...) Prin urmare, acest lucru dă impresia unei rate de expansiune locală mai rapide."

Există două modalităţi de a calcula tensiunea Hubble. În primul rând, oamenii de ştiinţă observă o "fosilă cosmică" numită radiaţia cosmică de fond (CMB). Prima lumină care a străbătut Universul, CMB, este un câmp de radiaţii care umple aproape uniform întregul cosmos. Oamenii de ştiinţă pot observa CMB şi calcula evoluţia sa folosind modelul Lambda Cold Dark Matter (LCDM), modelul standard al cosmologiei, ca şablon. Din acesta, ei derivă valoarea actuală a constantei Hubble în Univers în general, nu doar local. Alternativ, astronomii folosesc observaţii ale supernovelor de tip Ia sau ale stelelor variabile, două exemple de obiecte pe care astronomii le numesc "lumânări standard", pentru a măsura distanţele până la galaxiile lor gazdă.

Viteza cu care se îndepărtează aceste galaxii este dezvăluită de schimbarea lungimilor de undă ale luminii de la aceste corpuri, sau "deplasarea spre roşu". Cu cât deplasarea spre roşu este mai mare, cu atât o galaxie se îndepărtează mai repede de Pământ. De aici poate fi calculată constanta Hubble. Problema este că această metodă de observare a Universului local postulează o valoare a constantei Hubble mai mare decât valoarea teoretică obţinută cu Lambda CDM, care ia în considerare Universul ca un întreg. De aici şi controversa privind tensiunea Hubble.

Indranil Banik consideră că această discrepanţă este o problemă locală. "Tensiunea Hubble este în mare parte un fenomen local (...) aşadar, o soluţie locală, cum ar fi un vid local, este o modalitate promiţătoare de a rezolva problema", conform lui Banik. Pentru ca această teorie a vidului local să rezolve tensiunea Hubble, Pământul şi Sistemul Solar ar trebui să se situeze aproximativ central în interiorul bulei Hubble de densitate mică. Bula Hubble ar trebui să aibă diametrul de aproximativ 2 miliarde de ani lumină, cu o densitate cu aproximativ 20% mai mică decât densitatea medie a materiei din Univers.

Cu toate acestea, un obstacol major în calea acestui concept este faptul că existenţa unui vid atât de vast nu se potriveşte bine cu modelul LCDM, care sugerează că materia ar trebui să fie distribuită uniform în toate direcţiile sau "izotrop şi omogen" în întregul Univers. Noile date obţinute de Banik arată că "sunetul" Big Bang-ului, cunoscut sub numele de oscilaţii acustice barionice (BAO), susţine de fapt conceptul unui vid local, contrar modelului LCDM. "Aceste unde sonore au călătorit doar pentru o scurtă perioadă de timp înainte de a îngheţa pe loc odată ce Universul s-a răcit suficient pentru a se forma atomii neutri", a explicat Banik. "Ele acţionează ca o unitate de măsură standard, a cărei dimensiune unghiulară o putem folosi pentru a cartografia istoria expansiunii cosmice."

Banik susţine că un vid local distorsionează uşor relaţia dintre scara unghiulară BAO şi deplasarea spre roşu. Acest lucru se datorează faptului că vitezele induse de un vid local şi efectul său gravitaţional cresc uşor deplasarea spre roşu, pe lângă cea cauzată de expansiunea cosmică. "Luând în considerare toate măsurătorile BAO disponibile din ultimii 20 de ani, am arătat că un model de vid este de aproximativ o sută de milioane de ori mai probabil decât un model fără vid, cu parametri concepuţi pentru a se potrivi observaţiilor CMB efectuate de satelitul Planck, aşa-numita cosmologie Planck omogenă", a adăugat Banik.

Următorul pas pentru Banik şi colegii săi va fi să compare modelul lor de vid cu alte modele pentru a încerca să reconstruiască istoria expansiunii Universului. Acest lucru ar putea implica utilizarea unor "cronometre cosmice", obiecte cosmice masive care evoluează, precum galaxiile, pentru a determina cum s-a schimbat rata de expansiune a Universului în timp. În cazul galaxiilor, acest lucru se poate face prin observarea populaţiilor stelare şi observarea tipului de stele pe care le posedă, absenţa stelelor masive cu viaţă mai scurtă indicând o vârstă mai avansată. Această vârstă este apoi comparată cu deplasarea spre roşu pe care a suferit-o lumina galaxiei ca urmare a expansiunii Universului pe măsură ce a călătorit spre noi, dezvăluind istoria expansiunii Universului de-a lungul timpului cosmic. Cercetarea echipei a fost prezentată de Indranil Banik luni (7 iulie) la Întrunirea Naţională a Societăţii Regale de Astronomie de la Universitatea Durham din Marea Britanie.