Mokslininkai džiaugiasi, jog pavyko surasti naują būdą, kuriuo galima išmatuoti pirmykštės visatos spartėjantį plėtimąsi. Tuo pačiu, tai leistų ne tik žvilgtelėti į tolimąją visatos praeitį, bet ir padėtų įminti kai kurias tamsiosios energijos paslaptis.

Atradimas, kad visatos plėtimasis greitėja, šiais metais uždirbo trims kosmologams Nobelio premiją ir apvertė aukštyn kojomis buvusį standartinį kosmoso modelį. Net ir dabar greitėjimą sukelianti paslaptinga jėga – tamsioji energija – lieka visiška paslaptis. Tad mokslininkams šis riešutėlis labai įdomus ir svarbus – jį įminus, paaiškėtų daugybė visatos paslapčių. Tačiau kur surasti įminimo raktą? Dalis mokslininkų tiki, jog tam padėtų ankstyvosios visatos stebėjimai. Deja, tai ganėtinai sudėtingas uždavinys.

Kosmologai tiria ankstyvąją visatą, stebėdami tolimus objektus. Šviesos greitis yra pastovus, tad kuo toliau kas nors yra, tuo senesnius ten vykusius įvykius matome. Bėda ta, kad stebėti tolimiausius visatos kampelius nėra paprasta užduotis, tad mokslininkai bando daugybę įvairiausių metodų kaip pažvelgti vis toliau ir toliau. 

Iš principo, kosminių atstumų matavimas turėtų būti paprastas: objektai atrodo blyškesni, kai yra toliau, tad lyginant žvaigždės regimąjį ryškį su jos tikruoju ryškiu, galima nustatyti atstumą iki jos. Tačiau daugelio žvaigždžių ir galaktikų tikrojo ryškumo nustatyti neina, tad neįmanoma išmatuoti ir tikrojo atstumo iki jų. Todėl astronomai naudoja „standartines žvakes“, – kūnus, kurių ryškumas žinomas – ir pagal juos nustato atstumą iki kitų objektų.

Savu laiku šių metų Nobelio premijos laureatai pasinaudojo sprogstančiomis žvaigždėmis, vadinamomis Ia tipo supernovomis, kurios turi vienodą savitąjį ryškį. (plačiau apie tai - interviu su Adamu Rysu (Adam Riess)). Lygindami skirtingo regimojo ryškio supernovas – tai reiškia, esančias skirtingu atstumu – jie išsiaiškino, kad visatos plėtimasis dabar yra spartesnis, nei buvo tolimoje praeityje.

Tai buvo netikėta, nes visada manyta, kad laikui bėgant, gravitacija plėtimąsi lėtins. Teoretikams tokios išvados reiškė tik vieną – reikėjo permąstyti visatos modelį. Ilgai nelaukę jie surado atsakymą – dėl visko kalta tamsioji energija - atstumianti jėga, plečianti erdvėlaikį. Bet ar ši energija pastovi ar laikui bėgant kintanti? Atsakymas į šį klausimą galėtų būti tikrosios jos prigimties įminimo raktas, bet jis vis likdavo neatsakytas – iš dalies dėl supernovų retumo, nenuspėjamumo ir greito išblėsimo. Kol kas jos leido astronomams žvilgtelėti į maždaug 9,6 mlrd metų praeitį – 70 % visatos amžiaus.

Tačiau kaip pažvelgti dar toliau?

Komanda, vadovaujama Dereko Vatsono (Darach Watsono) iš Kopenhagos universiteto, siūlo alternatyvą, leisiančią astronomams pažvelgti toliau į praeitį, nei naudojant bet kokią kitą techniką: šviesius švyturius, kuriamus supermasyvių juodųjų bedugnių tolimų galaktikų centruose. 

„Galime tirti regionus, kurių kitais metodais nematome“, - sako Kelly Denney iš Kopenhagos universiteto Nilso Boro instituto tamsiosios kosmologijos centro Danijoje, viena iš tyrėjų, pasiūliusių šį metodą.

Kai kurios juodosios bedugnės, gyvuojančios galaktikų branduoliuose, sukaupia aplink save didžiulius dujų debesis – juos į save nuolat siurbia juodosios bedugnės ir dėl šio nuolatinio proceso dujų debesys įkaista iki baltumo. Tokiu būdu galaktikų centruose įsikūrusios juodosios skylės sukuria švytėjimą, kurį astronomai fiksuoja su stebėjimų įranga. 

Tokie galaktikų branduoliai dar vadinami aktyviais galaktikų branduoliais (AGB) - jie gali siųsti energiją į tolimesnes galaktikos zonas, jonizuodami dujų debesis, gaubiančius akrecinius diskus.

Kuo šviesesnis AGB, tuo tolesnius dujų debesis jis gali jonizuoti. Denney ir jos kolegos suprato, kad jeigu jie galėtų išmatuoti atstumą tarp AGB ir jonizuotų dujų, tai galėtų apskaičiuoti ir branduolio absoliutinį ryškį. Tada būtų galima išmatuoti regimąjį jo ryškį ir apskaičiuoti atstumą iki Žemės. „Jonizuotų debesų matavimai rodo objekto tikrąjį ryškumą“, - sako Vatsonas. „Tai tarsi sukuria matavimas reikalingą standartinę žvakę.“

Galaktikos yra per toli, kad būtų galima išmatuoti atstumą tarp AGB ir jonizuotų dujų debesų betarpiškai. Čia gelbėja dujų debesis jonizuojanti šviesa, sklindanti nuo AGB – tiesiog ji užtrunka ilgiau, nei Žemę pasiekianti tiesioginė aktyvaus galaktikos branduolio šviesa. Matuodami šį uždelsimą, tyrėjai gali apskaičiuoti atstumus nuo AGB iki jų debesų.

Astronomai naudojo šį metodą, ieškodami atstumo nuo Žemės iki 38 aktyvių galaktikos branduolių, o kai kurie iš šių atstumų jau buvo išmatuoti kitais būdais. Gautų rezultatų lyginimas su žinomomis reikšmėmis parodė, kad ši technika veikia gana gerai, nors atstumų matavimai su supernovomis vidutiniškai tris kartus tikslesni. (The Astrophysical Journal Letters, DOI: 10.1088/2041-8205/740/2/L49).

Tačiau AGB panaudojimas turi keletą pranašumų prieš supernovas, tad metodą dar patobulinus vieną dieną jis gali suteikti daug tikslesnius atstumo matavimo rezultatus. Ir visa tai dėl neabejotinų metodo privalumų: aktyvūs galaktikų branduoliai yra šviesesni, jie pastovūs, jų pilna aplink ir mes geriau suprantame, kaip jie jonizuoja savo aplinką, nei tai, kaip sprogsta supernovos. 

Kadangi augant atstumui supernovų metodo tikslumas mažėja, naujasis būdas galėtų leisti tyrinėti daug senesnius laikus. Tyrėjai mano, kad AGB galėtų atskleisti visatos plėtimosi greitį prieš 11,6 milijardus metų - toliau, nei bet kuri kita technika.
„Tai tikrai įspūdinga. Manau, tai labai daug žadantis metodas“, - sako su tyrimu nesusijęs Kšištofas Stanekas (Krzysztof Stanek) iš Ohajo valstijos universiteto Kolambuse. „Yra geros fizinės priežastys, kodėl tai turėtų veikti.“

Kaip su tamsiąja energija?

Žvilgsnis į daug jaunesnę visatą gali padėti nustatyti ir tai, ar tamsioji energija kito, o tai savo ruožtu leistų išsiaiškinti, kas ji iš tikrųjų yra.

Pagal vieną teoriją stumiančios energijos kiekis kiekviename erdvės vienete visada lieka toks pat. Kadangi visata plečiasi, atsiranda daugiau erdvės, o tai spartina plėtimąsi. Tai sutampa su Einšteino kosmologinės konstantos hipoteze ir supernovų matavimais.

Tačiau alternatyvus modelis teigia, kad stumianti jėga yra kintantis laukas, vadinamas kvintesencija: kai kuriose kvintesencijos versijose laukas gali tapti pasyvus ir elgtis, kaip kosmologinė konstanta, bet tik netolimoje praeityje. Dar kita teorija sako, kad tamsioji energija yra ne visiškai atskira jėga, bet tiesiog gravitacija, keistai besielgianti labai dideliais masteliais. Tolimasis tamsiosios energijos tyrimas galėtų patikrinti šias idėjas.

Žvilgsnis atgal į praeitį galėtų atskleisti ir staigmenų, sako kosmologas Polas Steinardas (Paul Steinhardt) iš Princtono universiteto. Gal tamsioji energija visai nespartina visatos plėtimosi ir vyksta kažkas netgi dar keistesnio.

Spartėjančio plėtimosi detalės

Aplink juodąsias bedugnes besisukančių diskų švytėjimu paremtas matavimo metodas parodo ankstyvesnę visatos istoriją, nei bet kada anksčiau tyrinėtą. Metodo atradėjai tikisi, jog būtent tai ir leistų atskleisti paslaptingosios jėgos, spartinančios erdvėlaikio plėtimąsi, paslaptį. Tačiau kai kurie fizikai mano, kad įdomiausios tamsiosios energijos įžvalgos gali pasirodyti, atidžiau tyrinėjant ne tokią tolimą praeitį. 

Astronomas Aleksejus Vichlininas (Alexey Vikhlinin) iš Harvardo universiteto sako, kad labiausiai apsimokėtų daug atidesnis pastarųjų 7 milijardų metų erdvėlaikio ištyrimas. Nors tamsioji energija buvo visą šį laiką, visatos materija ir spinduliavimas pakankamai išsklido, ir ji pradėjo dominuoti prieš gravitaciją tik maždaug prieš 5 milijardus metų.

Štai keli būdai nuodugnesniam šio periodo ištyrimui:

• Galaktikų telkiniai. Tamsioji energija priešinasi lipinančiai gravitacijos jėgai, tad galaktikų telkinių masės skirtingu laiku po didžiojo sprogimo tyrimas gali atskleisti tamsiosios energijos stiprumą prieš 7,7 mlrd. metų ir kaip jis kito iki dabar.
• Gilus ūžesys. Po didžiojo sprogimo visatą giliu ūžesiu užpildė garso bangos, suspaudusios materiją ir tuose regionuose susiformavo daugiau galaktikų. Skirtingas atstumas tarp šių sutankėjimų atskleidžia kintantį kosminio plėtimosi tempą – ir tamsiosios energijos stiprumą. Kol kas šis metodas leidžia žvilgtelėti atgal į 6 milijardų metų amžiaus erdvėlaikį, bet Europos kosmoso agentūros „Euclid“ palydovas, kurio paleidimas planuojamas 2019-aisiais, jau matys 10-ies milijardų metų praeitį.
• Pastovios konstantos. Mažiau žinoma idėja yra apibrėžti tamsiąją energiją per kitas fizikines konstantas. Polas Steinardas iš Prinstono universiteto sako, kad jei tamsioji energija laikui einant kinta, tai remiantis daugeliu modelių, konstantos irgi turi kisti.
  
  Tačiau kol kas labai tikslūs stebėjimai rodo, kad su gravitacija ir elektromagnetizmu susijusios konstantos yra pastovios.

Komentarai (21)