Alam semesta ternyata salah

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Ahli kosmologi dihadapkan pada masalah ilmiah yang serius, yang menunjukkan ketidaksempurnaan pengetahuan manusia tentang Alam Semesta. Kompleksitasnya menyangkut hal yang tampaknya sepele seperti tingkat ekspansi Alam Semesta. Faktanya adalah bahwa metode yang berbeda menunjukkan arti yang berbeda - dan sejauh ini tidak ada yang bisa menjelaskan perbedaan yang aneh.

Misteri Kosmik

Saat ini, model kosmologi standar "Lambda-CDM" (ΛCDM) paling akurat menggambarkan evolusi dan struktur alam semesta. Menurut model ini, alam semesta memiliki konstanta kosmologis positif bukan nol (istilah lambda) yang menyebabkan percepatan ekspansi. Selain itu, CDM menjelaskan struktur yang diamati dari CMB (latar belakang gelombang mikro kosmik), distribusi galaksi di Semesta, kelimpahan hidrogen dan atom ringan lainnya, dan laju ekspansi vakum. Namun, perbedaan serius dalam tingkat ekspansi mungkin menunjukkan perlunya perubahan radikal dalam model.

Fisikawan teoretis Vivian Poulin dari Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis dan Laboratorium Alam Semesta dan Partikel di Montpellier berpendapat bahwa ini berarti sebagai berikut: sesuatu yang penting telah terjadi di alam semesta muda yang belum kita ketahui. Mungkin itu adalah fenomena yang terkait dengan jenis energi gelap yang tidak diketahui atau jenis partikel subatomik baru. Jika model memperhitungkannya, perbedaan akan hilang.

Di ambang krisis

Salah satu cara untuk menentukan tingkat ekspansi Semesta adalah dengan mempelajari latar belakang gelombang mikro - radiasi peninggalan yang muncul 380 ribu tahun setelah Big Bang. CDM dapat digunakan untuk menurunkan konstanta Hubble dengan mengukur fluktuasi besar dalam CMB. Ternyata sama dengan 67, 4 kilometer per detik untuk setiap megaparsec, atau sekitar tiga juta tahun cahaya (pada kecepatan seperti itu, objek menyimpang satu sama lain pada jarak yang sesuai). Dalam hal ini, kesalahannya hanya 0,5 kilometer per detik per megaparsec.

Jika kita mendapatkan nilai yang sama dengan menggunakan metode yang berbeda, maka ini akan mengkonfirmasi validitas model kosmologi standar. Para ilmuwan mengukur kecerahan nyata dari lilin standar - objek yang luminositasnya selalu diketahui. Objek tersebut, misalnya, supernova tipe Ia - katai putih yang tidak dapat lagi menyerap materi dari bintang pendamping besar dan meledak. Dengan kecerahan yang tampak dari lilin standar, Anda dapat menentukan jaraknya. Secara paralel, Anda dapat mengukur pergeseran merah supernova, yaitu pergeseran panjang gelombang cahaya ke wilayah spektrum merah. Semakin besar pergeseran merahnya, semakin besar kecepatan benda tersebut dijauhkan dari pengamat.

Dengan demikian, menjadi mungkin untuk menentukan laju ekspansi Semesta, yang dalam hal ini ternyata sama dengan 74 kilometer per detik untuk setiap megaparsec. Ini tidak sesuai dengan nilai yang diperoleh dari CDM. Namun, kecil kemungkinannya bahwa kesalahan pengukuran dapat menjelaskan perbedaan tersebut.

Menurut David Gross dari Kavli Institute for Theoretical Physics di University of California, Santa Barbara, dalam fisika partikel, ketidaksesuaian seperti itu tidak akan disebut masalah, tetapi krisis. Namun, sejumlah ilmuwan tidak setuju dengan penilaian ini. Situasi diperumit dengan metode lain, yang juga didasarkan pada studi tentang Alam Semesta awal, yaitu, osilasi akustik baryonic - osilasi dalam kepadatan materi tampak yang mengisi Alam Semesta awal. Getaran ini disebabkan oleh gelombang akustik plasma dan selalu memiliki dimensi yang diketahui, membuatnya terlihat seperti lilin standar. Dikombinasikan dengan pengukuran lain, mereka memberikan konstanta Hubble yang konsisten dengan CDM.

Model baru

Ada kemungkinan para ilmuwan melakukan kesalahan saat menggunakan supernova Tipe Ia. Untuk menentukan jarak ke objek yang jauh, Anda perlu membangun tangga jarak.

Anak tangga pertama dari tangga ini adalah Cepheid - bintang variabel dengan hubungan periode-luminositas yang tepat. Cepheid dapat digunakan untuk menentukan jarak ke supernova tipe Ia terdekat. Dalam salah satu penelitian, alih-alih Cepheid, raksasa merah digunakan, yang pada tahap kehidupan tertentu mencapai kecerahan maksimum - itu sama untuk semua raksasa merah.

Akibatnya, konstanta Hubble menjadi 69,8 kilometer per detik per megaparsec. Tidak ada krisis, kata Wendy Freedman dari University of Chicago, salah satu penulis makalah.

Tapi pernyataan ini juga dipertanyakan. Kolaborasi H0LiCOW mengukur konstanta Hubble menggunakan lensa gravitasi, efek yang terjadi ketika benda besar membelokkan sinar dari objek jauh di belakangnya. Yang terakhir bisa jadi quasar - inti galaksi aktif yang diberi makan oleh lubang hitam supermasif. Karena lensa gravitasi, beberapa gambar dari satu quasar dapat muncul sekaligus. Dengan mengukur kedipan gambar-gambar ini, para ilmuwan telah memperoleh konstanta Hubble yang diperbarui sebesar 73,3 kilometer per detik per megaparsec. Pada saat yang sama, para ilmuwan sampai yang terakhir tidak mengetahui kemungkinan hasil, yang mengecualikan kemungkinan penipuan.

Hasil pengukuran konstanta Hubble dari maser alam yang terbentuk saat gas berputar di sekitar lubang hitam ternyata 74 kilometer per detik per megaparsec. Metode lain memberikan 76,5 dan 73,6 kilometer per detik per megaparsec. Masalah juga muncul dalam mengukur distribusi materi di alam semesta, karena lensa gravitasi memberikan nilai yang berbeda dibandingkan dengan pengukuran latar belakang gelombang mikro.

Jika ternyata perbedaan tersebut bukan karena kesalahan pengukuran, maka diperlukan teori baru untuk menjelaskan semua data yang ada saat ini. Salah satu solusi yang mungkin adalah mengubah jumlah energi gelap yang menyebabkan percepatan ekspansi alam semesta. Meskipun sebagian besar ilmuwan mendukung melakukan tanpa memperbarui fisika, masalahnya tetap belum terselesaikan.