Nowy pomiar, oparty na obserwacjach cefeid i supernowych typu Ia z użyciem Webba oraz Hubble’a, daje wartość stałej Hubble’a około 73,2–73,5 km/s/Mpc, z niepewnością poniżej 1,3%. W praktyce to oznacza, że lokalny Wszechświat nadal rozszerza się szybciej, niż wynika z przewidywań modelu ΛCDM opartego na promieniowaniu reliktowym z wczesnego kosmosu. Różnica sięga już około 6 sigma, więc coraz trudniej zbywać ją statystycznym kaprysem albo drobnym błędem kalibracji.
Webb miał sprawdzić, czy to nie cefeidy kłamią
Przez długi czas najwygodniejszym wyjaśnieniem napięcia Hubble’a było podejrzenie, że problem siedzi w tzw. drabinie odległości. To właśnie ona prowadzi od pobliskich cefeid – gwiazd pulsujących w przewidywalny sposób – do supernowych typu Ia, które pozwalają sięgnąć dużo dalej. Jeśli któryś szczebel tej drabiny był źle skalibrowany, końcowy wynik też musiał się rozjechać.
Podejrzenie padło zwłaszcza na cefeidy obserwowane przez Hubble’a w zatłoczonych galaktykach. W takich miejscach światło starych czerwonych olbrzymów i innych gwiazd może zanieczyszczać pomiar jasności cefeid. A jeśli błędnie oceni się ich jasność, błędnie oszacuje się odległość. To był kuszący trop, bo nie wymagał przepisywania kosmologii. Wystarczyłby klasyczny scenariusz: gdzieś w danych siedzi uciążliwy, ale przyziemny błąd fotometrii.
Tyle że właśnie tu wszedł James Webb. Jego obserwacje w podczerwieni i wyższa rozdzielczość pozwoliły lepiej odseparować cefeidy od tła. W pracy Adama Riessa i współpracowników wykorzystano szczególnie sprytny test: galaktykę NGC 3447/3447A, nazwaną wręcz idealnym gospodarzem, bo zawiera obszar praktycznie wolny od starego gwiezdnego tła. To pozwoliło sprawdzić, czy Hubble systematycznie zawyżał jasności cefeid. Odpowiedź brzmi: nie. Nie znaleziono istotnego biasu, który mógłby rozwiązać napięcie Hubble’a.
Najdokładniejszy wynik nie przynosi ulgi, tylko kłopot
Po połączeniu obserwacji Webba i Hubble’a dla 19 galaktyk-gospodarzy supernowych typu Ia z pomiarami HST dla większej próby, zespół otrzymał H₀ = 73,49 ± 0,93 km/s/Mpc. Po dołączeniu kalibracji opartych także na TRGB, czyli wierzchołku gałęzi czerwonych olbrzymów, wyszło H₀ = 73,18 ± 0,88 km/s/Mpc. To właśnie ten zestaw wyników jest dziś jednym z najmocniejszych lokalnych pomiarów rozszerzania Wszechświata.
Dla porównania, podejście oparte na wczesnym Wszechświecie i danych mikrofalowego promieniowania tła daje wartość bliższą 67–68 km/s/Mpc w ramach standardowego modelu ΛCDM. Różnica między tymi światami nie jest już kosmetyczna. To przepaść, która w kosmologii robi się zbyt szeroka, by zamknąć ją wzruszeniem ramion. NASA wprost opisuje ten stan jako „Hubble tension”, czyli trwały konflikt między lokalnym pomiarem a przewidywaniem z młodego kosmosu.
Najbardziej drażniące jest to, że lokalna strona sporu właśnie została jeszcze lepiej usztywniona. Gdyby Webb pokazał, że Hubble pomylił się przez zatłoczone pola gwiazdowe, byłaby to niemal ulga. Kłopotliwa, ale banalna. Tymczasem Webb zachował się jak audytor, który zamiast znaleźć księgowy błąd, potwierdza, że rachunki są policzone poprawnie. A skoro tak, to problem siedzi głębiej.
Dlaczego ta liczba jest tak niewygodna?
Stała Hubble’a nie jest tylko abstrakcyjnym parametrem do sporów na konferencjach. To liczba, od której zależy m.in. wiek Wszechświata, tempo jego ewolucji i sposób, w jaki łączymy obserwacje galaktyk, supernowych, ciemnej materii i ciemnej energii w jedną spójną historię. Jeśli ta liczba nie chce zgadzać się sama ze sobą w zależności od metody pomiaru, to znaczy, że coś w opowieści o kosmosie jest ustawione krzywo.
To trochę jak sytuacja, w której próbujesz ustalić prędkość pociągu na dwa sposoby. Raz patrzysz na rozkład jazdy i pozycję startową, drugi raz mierzysz go już w trasie. Jeśli oba wyniki stale się nie zgadzają, to nie wystarczy powiedzieć, że “może chwilę inaczej przyspieszał”. W pewnym momencie trzeba dopuścić myśl, że albo rozkład jest zły, albo sam model jazdy jest niepełny. Z Wszechświatem jest dziś podobnie.
I właśnie dlatego napięcie Hubble’a tak mocno działa na wyobraźnię fizyków. Być może w bardzo wczesnym Wszechświecie działo się coś, czego model ΛCDM nie uwzględnia, albo istnieje jakiś dodatkowy składnik energii, interakcja czy epizod, który chwilowo zmienił tempo ekspansji. Nieprzypadkowo wśród kandydatów wracają pomysły takie jak wczesna ciemna energia czy inne modyfikacje kosmologii sprzed rekombinacji.
To już nie wygląda na zwykły błąd pomiaru
Oczywiście nauka nie lubi zbyt szybkiego ogłaszania “nowej fizyki”. To rozsądny odruch. Historia pełna jest anomalii, które ostatecznie okazywały się skutkiem niedoszacowanego błędu systematycznego. Dlatego właśnie lokalna drabina odległości była tak bezlitośnie prześwietlana: sprawdzano cefeidy, supernowe, tłok gwiazd w tle, kalibracje i alternatywne metody.
Ale im dłużej trwa ten proces, tym bardziej niewygodny robi się brak prostego winowajcy. Webb nie skasował problemu. Hubble nie został przyłapany na rażącej pomyłce. A napięcie nie stopniało, tylko wciąż trzyma się na poziomie, który wygląda bardziej jak sygnał niż szum. To właśnie dlatego coraz częściej mówi się nie o drobnej rozbieżności, ale o jednym z największych otwartych problemów współczesnej kosmologii.
Nie znaczy to jeszcze, że standardowy model kosmologiczny się sypie. Bardziej uczciwie byłoby powiedzieć, że zaczyna trzeszczeć w miejscu, które jeszcze niedawno dało się zignorować. To różnica istotna. Rewolucje w fizyce rzadko zaczynają się od wielkiego huku. Zwykle zaczynają się od liczby, która uparcie nie chce wrócić na swoje miejsce. I dokładnie tak zachowuje się dziś stała Hubble’a.
Źródło: Science Alert
