هنگام تلاش برای حل یکی از بزرگترین معماهای کیهان شناسی، باید تکالیف خود را سه بار بررسی کنید. معمایی که “تنش هابل” نامیده می شود این است که بر اساس شرایط اولیه جهان و درک فعلی ما از تکامل جهان، سرعت فعلی انبساط جهان از آنچه ستاره شناسان انتظار دارند، سریعتر است.
دانشمندانی که از تلسکوپ فضایی هابل ناسا و بسیاری از تلسکوپ های دیگر استفاده می کنند، به طور مداوم عددی را پیدا می کنند که با پیش بینی های بر اساس مشاهدات ماموریت پلانک ESA (آژانس فضایی اروپا) مطابقت ندارد. آیا حل این اختلاف نیاز به فیزیک جدید دارد؟ یا نتیجه خطاهای اندازه گیری بین دو روش مختلف است که برای تعیین میزان انبساط فضا استفاده می شود؟
هابل 30 سال است که سرعت انبساط فعلی کیهان را اندازه‌گیری می‌کند و ستاره‌شناسان می‌خواهند هرگونه تردید باقی‌مانده در مورد صحت آن را برطرف کنند. اکنون هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا با هم متحد شده اند تا اندازه گیری های قطعی انجام دهند و از این مورد حمایت می کنند که چیز دیگری – نه خطاهای اندازه گیری – بر سرعت انبساط تأثیر می گذارد.
آدام ریس، فیزیکدان دانشگاه جانز هاپکینز در بالتیمور می گوید: «با نادیده گرفتن خطاهای اندازه گیری، آنچه باقی می ماند این است که احتمال واقعی و هیجان انگیز این است که ما جهان را اشتباه درک کرده ایم. ریس برای کشف این حقیقت که انبساط جهان به دلیل پدیده مرموزی که اکنون “انرژی تاریک” نامیده می شود، در حال شتاب گرفتن است، جایزه نوبل را دریافت کرد.
به عنوان یک بررسی متقاطع، مشاهدات اولیه وب در سال 2023 تأیید کرد که اندازه‌گیری‌های هابل از جهان در حال انبساط دقیق است. با این حال، به امید کاهش فشار بر هابل، برخی از دانشمندان حدس می زنند که خطاهای اندازه گیری نامرئی ممکن است با نگاه کردن به اعماق جهان، رشد کرده و قابل مشاهده شوند. به طور خاص، خوشه‌بندی ستاره‌ای می‌تواند بر اندازه‌گیری روشنایی ستارگان دورتر به روشی سیستماتیک تأثیر بگذارد.
تیم SH0ES (معادله انرژی تاریک حالت ابرنواختر H0) به رهبری ریس مشاهدات بیشتری را با وب از اجرام که نشانگرهای کیهانی حیاتی شناخته شده به عنوان ستارگان متغیر Cepheid هستند، به دست آوردند که اکنون می توانند به داده های هابل مرتبط شوند.
ریس گفت: “ما اکنون طیف کاملی از آنچه هابل مشاهده می کند پوشش داده ایم و می توانیم خطای اندازه گیری را به عنوان علت ولتاژ هابل با اطمینان بسیار بالا رد کنیم.”
اولین مشاهدات وب این تیم در سال 2023 موفقیت آمیز بود و نشان داد که هابل در مسیری قرار دارد که به طور محکم وفاداری اولین پله های به اصطلاح نردبان فاصله کیهانی را ثابت کند.
ستاره شناسان از روش های مختلفی برای اندازه گیری فواصل نسبی در کیهان بسته به جسم مورد مشاهده استفاده می کنند. در مجموع، این تکنیک ها به عنوان نردبان فاصله کیهانی شناخته می شوند – هر پله یا تکنیک اندازه گیری برای کالیبراسیون به مرحله قبلی متکی است.
اما برخی از اخترشناسان پیشنهاد می‌کنند که با حرکت به سمت خارج در «پله دوم»، اگر اندازه‌گیری‌های قیفاووسی با فاصله دقیق‌تر شوند، نردبان فاصله کیهانی ممکن است تکان بخورد. چنین نادرستی‌هایی ممکن است رخ دهد زیرا نور قیفاووس می‌تواند با نور ستاره همسایه ترکیب شود، تأثیری که می‌تواند با فاصله زمانی که ستاره‌ها در کنار هم جمع می‌شوند مشخص‌تر شود و تشخیص آن از یکدیگر سخت‌تر شود.
چالش رصدی این است که تصاویر گذشته هابل از این متغیرهای دورتر قیفاووسی تودرتو و همپوشانی با ستارگان همسایه در فواصل فزاینده‌ای دور بین ما و کهکشان‌های میزبانشان به نظر می‌رسند، که نیازمند بررسی دقیق این اثر است. تداخل گرد و غبار، قطعیت اندازه گیری ها را در نور مرئی پیچیده تر می کند. وب گرد و غبار را می شکند و به طور طبیعی قیفاووس را از ستارگان همسایه جدا می کند زیرا دید او در طول موج های فروسرخ از هابل تیزتر است.
“ترکیب وب و هابل بهترین های هر دو جهان را به ما می دهد.” ما متوجه شدیم که اندازه‌گیری‌های هابل با بالا رفتن از نردبان فاصله کیهانی قابل اعتماد باقی می‌ماند.»
مشاهدات جدید وب شامل پنج کهکشان میزبان از هشت ابرنواختر نوع Ia است که در مجموع شامل 1000 قیفاووس است و به دورترین کهکشانی که قیفاووس ها به خوبی اندازه گیری شده اند، یعنی NGC 5468، در فاصله 130 میلیون سال نوری می رسند. “این محدوده کاملی را که ما با هابل اندازه گیری کرده ایم را پوشش می دهد. بنابراین ما به انتهای پله دوم نردبان فاصله کیهانی رسیده ایم.
تایید بیشتر هابل و وب در مورد تنش هابل، رصدخانه های دیگری را راه اندازی کرد تا در نهایت این راز را حل کنند. تلسکوپ فضایی نانسی گریس مستقر در رم ناسا برای بررسی تأثیر انرژی تاریک، انرژی اسرارآمیزی که باعث شتاب گرفتن انبساط کیهان می شود، بررسی های گسترده ای از آسمان انجام خواهد داد. رصدخانه اقلیدس ESA با مشارکت ناسا، کار مشابهی را دنبال می کند.
در حال حاضر، به نظر می رسد که نردبان فاصله مشاهده شده توسط هابل و وب، در یک طرف رودخانه تکیه گاه قرار داده است، و تابش پس از انفجار بزرگ که با اندازه گیری های پلانک از آغاز جهان مشاهده می شود، محکم در سمت دیگر قرار دارد. چگونگی تغییر انبساط جهان در طی میلیاردها سال بین این دو نقطه پایانی هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است. ریس گفت: «ما باید بفهمیم که آیا چیزی را در مورد چگونگی اتصال آغاز جهان و امروز از دست می دهیم یا خیر.
