Fysiker använder två typer av mätningar för att beräkna universums expansionshastighet, men deras resultat sammanfaller inte, vilket kan göra det nödvändigt att uppdatera den kosmologiska modellen. "Det är som att försöka trä en kosmisk nål, " förklarar forskaren Licia Verde vid universitetet i Barcelona, medförfattare till en artikel om konsekvenserna av detta problem.

Mer än hundra forskare träffades i somras vid Kavli Institute for Theoretical Physics vid University of California (USA) för att försöka klargöra vad som händer med de disharmoniska uppgifterna om universums expansionshastighet, en fråga som påverkar själva ursprunget, vårt kosmos evolution och öde. Deras slutsatser har publicerats i Natur astronomi tidning.

"Problemet ligger i Hubble-konstanten (H0), en parameter vilket värde – det är faktiskt inte en konstant eftersom det ändras med tiden – indikerar hur snabbt universum expanderar, " påpekar kosmologen Licia Verde, en ICREA-forskare vid Institute of Cosmos Sciences vid University of Barcelona (ICC-UB) och artikelns huvudförfattare.

"Det finns olika sätt att mäta denna kvantitet, " förklarar hon, "men de kan delas in i två huvudklasser:de som förlitar sig på det sena universum (närmast oss i rum och tid) och de som är baserade på det tidiga universum, och de ger inte exakt samma resultat."

Ett klassiskt exempel på mätningar i det sena universum är de som tillhandahålls av de regelbundna pulsationerna av cepheidstjärnor, som astronomen Henrietta Swan Leavitt observerade för ett sekel sedan och som hjälpte Edwin Hubble att beräkna avstånd mellan galaxer och bevisa 1929 att universum expanderar.

Den nuvarande analysen av den variabla ljusstyrkan hos cepheider med rymdteleskop som Hubble, tillsammans med andra direkta observationer av objekt i vår kosmiska miljö och mer avlägsna supernovor, indikerar att H0-värdet är cirka 73,9 kilometer per sekund per megaparsek (en astronomisk enhet motsvarande cirka 3,26 miljoner ljusår).

Dock, mätningar baserade på det tidiga universum ger ett genomsnittligt H0-värde på 67,4 km/s/Mpc. Dessa andra rekord, erhållna med data från Europeiska rymdorganisationens Planck Satellite och andra instrument, erhålls indirekt på grundval av framgången med den vanliga kosmologiska modellen (Lambda-CDM-modellen), som föreslår ett universum som består av 5 % atomer eller vanlig materia, 27 % mörk materia (som består av partiklar, ännu upptäckt, som ger ytterligare gravitationsattraktion så att galaxer kan bildas och kluster av galaxer hålls samman) och 68 % mörk energi, som är ansvarig för att påskynda universums expansion.

"Särskilt, dessa mätningar av det ursprungliga universum fokuserar på det längsta ljuset som kan observeras:den kosmiska mikrovågsbakgrunden, producerades när universum bara var 380, 000 år gammal, i den så kallade rekombinationseran (där protoner rekombinerade med elektroner för att bilda atomer), säger Licia Verde.

Forskaren lyfter fram ett relevant faktum:"Det finns väldigt olika och oberoende sätt (med helt olika instrument och vetenskapliga verktyg) att mäta H0 på basis av det tidiga universum, och detsamma gäller det sena universum. Det som är intressant är att alla mätningar av en typ är i ömsesidig överensstämmelse med varandra, med en utsökt precision på 1 eller 2 %, liksom de av den andra typen, med samma stora precision; men när vi jämför måtten för en klass med den andras, diskrepansen uppstår."

"Det ser ut som en liten skillnad, endast 7%, men det är betydelsefullt med tanke på att vi talar om precisioner på 1 eller 2% i värdet på Hubble-konstanten, " som betonades av Licia Verde, som skämtar:"Det är som att försöka trä en 'kosmisk nål' där dess hål är H0-värdet som mäts idag och tråden kommer med modellen från det längsta universum vi kan observera:den kosmiska mikrovågsbakgrunden."

Dessutom, hon påpekar några av konsekvenserna av diskrepansen:"Ju lägre H0 är, ju äldre universum är. Dess nuvarande ålder beräknas till cirka 13,8 miljarder år med tanke på att Hubble-konstanten är 67 eller 68 km/s/Mpc; men om dess värde var 74 km/s/Mpc, vårt universum skulle vara yngre:det skulle vara ungefär 12,8 miljarder år gammalt."

Modifiering av modellen i det tidiga universum

Författarna påpekar i sin studie att denna anomali inte verkar bero på instrumentet eller metoden som används för att mäta, eller på mänsklig utrustning eller källor. "Om det inte finns några fel i data eller mätningar, kan det vara ett problem med modellen?" frågar forskaren.

"Trots allt, H0-värdena för den ursprungliga universumsklassen är baserade på den vanliga kosmologiska modellen, vilket är mycket väl etablerat, väldigt framgångsrik, men som vi kan försöka ändra lite för att lösa diskrepansen, " säger experten. "Men, vi kan inte manipulera med egenskaperna hos modellen som fungerar mycket bra”.

Om uppgifterna fortsätter att bekräfta problemet, teoretiska fysiker verkar vara överens om att den mest lovande vägen för att lösa det är att modifiera modellen precis innan ljuset som observerats från den kosmiska mikrovågsbakgrunden bildades, d.v.s. strax före rekombination (där det redan fanns 63 % mörk materia, 15 % fotoner, 10 % neutriner och 12 % atomer). En av de föreslagna idéerna är att strax efter Big Bang, en intensiv episod av mörk energi kunde ha inträffat som expanderade universum snabbare än tidigare beräknat.

"Även om det fortfarande är mycket spekulativt, med denna finjusterade modell, H0-värdet som erhålls med mätningar baserade på det ursprungliga universum kan sammanfalla med lokala mätningar, " konstaterar Licia Verde, som avslutar:"Det kommer inte att bli lätt, men på så sätt kunde vi trä den kosmiska nålen utan att bryta det som fungerar bra i modellen."