Leta 2011 je padla Nobelova nagrada za odkritje, da se prostor vesolja napihuje vedno hitreje. Človek, ki jo je takrat prejel, je prav lani poskrbel za novo presenečenje. Hitrost širjenja vsemirja, izraženo s Hubblovo konstanto (H₀), je postavil še višje. Vsemir očitno postaja večji pospešeno, kot bi drvel po klancu.

Toda raziskava je ostala samotna in nepreverjena z dodatnimi analizami, potrebnimi še posebej zato, ker je bila presenetljiva. Potrebnimi tudi zato, ker se raziskava Adama Riessa precej razlikuje od hitrosti, ki jo je izmeril častitljivi teleskop Planck na podlagi najstarejše svetlobe sploh. Da ne omenimo dejstva, da gre vse prej kot za suhoparnost. Hubblova konstanta je namreč najbolj usoden podatek vseh časov ... določa nič manj kot ultimativno usodo vesolja.

Zdaj imamo potrditev, da lanska raziskava Adama Riessa drži. Vesolje se širi s hitrostjo dobrih sedemdeset kilometrov na sekundo na megaparsek, kar je od šest do deset odstotkov hitreje od poprejšnjih izračunov.

(En parsek je astronomska enota za razdaljo, ki meri 3,26 svetlobnega leta.)

Imamo tudi težavo. Istočasno drži tudi Planckov podatek (hitrost dobrih 65 kilometrov na sekundo na megaparsek).

Kot da stvari še niso dovolj zapletene: meritev Plancka je skladna s prevladujočim razumevanjem vesolja. Sveže meritve pa niso. Diskrepanca je očitna. Ali je nekaj narobe s človeškimi modeli vsemirja ali pa je napako iskati v meritvah; zadnje je manj verjetno.

"Danes merimo hitrost širjenja vesolja na različne načine s tako visoko natančnostjo, da najdene diskrepance že kažejo na neke nove fizikalne zakonitosti, ležeče zunaj meja našega obstoječega razumevanja," je izjavila vodja raziskave, Sherry Suyu z nemškega inštituta Max Planck.
Avtorji sveže raziskave ponujajo nekaj mogočih odgovorov. A da bi bolje razumeli, v čem je težava, poglejmo najprej, kaj točno so izmerili.

Pogled skozi težnostne leče
Mednarodna raziskovalna skupina, humorno poimenovana H0LiCOW (črkovna igra na 'sveto kravo'), je s pomočjo vesoljskega teleskopa Hubble in več kopnih merila razdalje do različnih objektov daleč, daleč v vesolju. Natančneje, merila je razdaljo do kvazarjev, izjemno močno svetlečih nebesnih objektov, najverjetneje galaksij, v katerih se snov močno segreva pri padanju v črno luknjo. Osredinili so se le na tiste kvazarje, ki jih je mogoče opazovati skozi pojav močnega težnostnega lečenja.
Nekje med Zemljo in opazovanimi kvazarji so supermasivne galaksije, tako masivne, da močno ukrivljajo čas-prostor okoli njih. Svetloba zadaj ležečih kvazarjev je tako do nas ubrala ukrivljeno pot, celo večkrat. Rezultat je fotografija neke galaksije in več popačenih podobic istega kvazarja okoli nje.

Prepotovale so različne poti
Znanstveniki so izkoristili dve dejstvi: da težnostna leča nikoli ni popolno geometrijsko telo, temveč vedno nekoliko popačena; in da kvazar nikoli ne leži točno na premici med tremi objekti. Posledično so različne slike istega kvazarja prepotovale za pičico drugačne poti, ena krajšo, druga daljšo. Za koliko, je povedalo utripanje. Opazovani kvazarji periodično utripajo, spreminjajo svetlobo. Utrip enega kvazarja se je v okviru težnostne leče različno časovno izrazil na podobah.

Zamiki so neposredno povezani s Hubblovo konstanto. "Naša metoda je najenostavnejša in neposredna pot do Hubblove konstante, saj koristi zgolj geometrijo in splošno relativnost - nobenih drugih predpostavk," je pojasnil Frédéric Courbin s švicarskega instituta EPFL.
Po lastnih trditvah so jo izmerili s 3,8-odstotno natančnostjo. Vesolje se po njej širi s hitrostjo 71,9 (± 2,7 km) kilometra na sekundo na megaparsek. Petdelna raziskava je objavljena v znanstveni publikaciji Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (1, 2, 3, 4, 5).

Lanska Riessova raziskava se sicer ponaša z 2,6-odstotno natančnostjo. Izid je skoraj enak: 73,24 (± 1,74 km) kilometra na sekundo na megaparsek.

Metoda kefeid in supernov
Pomembno je, da so vse tri raziskave izvedene po drugačnih metodah. Riess in kolegi so iskali t. i. standardne svetilnike vesolja, zvezde kefeide in supernove tipa la, ki imajo vedno enak ali natančno ugotovljiv izsev - in posledično tudi oddaljenosti.

Kefeidne spremenljivke so utripajoče zvezde, katerih način temnitve in svetlitve je neposredno povezan z njihovo pravo svetlostjo. Supernove tipa la pa so eksplozije, ki se vedno zgodijo le v dvozvezdju, vsebujočem večjo zvezdo in belo pritlikavko, pri čemer zadnja prvi "krade" maso. Ko ji odgrabi preveč, eksplodira supernova, to pa se vedno zgodi pri enaki masi večje zvezde, posledično je znana tudi absolutna svetlost.

Riessova raziskovalna skupina je pri 19 nekoliko bližnjih osvetjih poiskala oba tipa objektov in izmerila njihovo svetlost. Ko je imela v rokah točno svetlost teh supernov, se je lahko osredinila na precej bolj oddaljene meglenice, v njih poiskala dodatne supernove in spet natančno izmerila razdaljo do teh oddaljenk (kefeide so temnejše in vidne le bolj od blizu). Zaradi takšne postopnosti se postopek imenuje kozmična lestvica.

Nato so v sliko pripeljali še drug tip merjenja: rdeči premik. To je podaljšanje valovne dolžine svetlobe proti rdeči, ki nastane ali zaradi širjenja prostora med dvema telesoma, med katerima svetloba potuje, ali pa ker se eno telo giblje stran od drugega. Z rdečim pomikom se da določiti razdaljo med telesoma, pa tudi širitev vmesnega prostora.

Kaj pravi svetlobni metuzalem
Prej omenjeni Planck se je leta 2015 dokopal do konstante 66,93 (± 0,62km) kilometra na sekundo na megaparsek. Poudariti je treba, da se je ta (zdaj že upokojeni) vesoljski teleskop ukvarjal z najstarejšo svetlobo sploh, t. i. kozmičnim mikrovalovnim sevanjem ozadja, izhajajočim iz časa približno 380.000 let po velikem poku. Zakaj je to neskladje težavno, je lani poleti razložil Riess: če poznamo izvorne količine snovi in energije v zgodnjem vesolju - in če naše poznavanje zakonov fizike drži - potem bi morali biti sposobni iz teh podatkov napovedati tudi današnjo hitrost širjenja vesolja.
"Primerjati hitrost širjenja med WMAP-om, Planckom in Hubblom je kot graditi most med oddaljenim vesoljem in bližino. Ko se z obeh koncev bližaš središču, pričakuješ, da se bodo na sredini stvari poklopile."

"Kot kaže, se zadeve ne ravno poklopijo. Zanima nas, zakaj," je izjavil. "Če se bo ta diskrepanca izkazala za pravilno, potem bomo prisiljeni ugotoviti, da pač stvari ne razumemo dovolj," je dodal. In januarja 2017 se je izkazalo, da se resnično ne poklopijo. Nečesa iz zgodnjega vesolja človeštvo ne pozna (dovolj), nečesa, kar se je v vmesnem času očitno precej spremenilo.

Mogoče razlage
Na Nasi so našteli nekaj mogočih vzrokov za diskrepanco. Morda je na delu še neznan osnovni delec, ki je zgodaj v vesolju potoval skoraj s hitrostjo svetlobo. Takšnim delcem rečejo temno sevanje, v koncept pa sodijo tudi že znani delci, denimo nevtrini, za katere je bila podeljena predlanska Nobelova nagrada. Če je bilo takšne snovi nekoč veliko več, kot ocenjujejo danes, potem so pač izračuni za ta čas napačni.

Druga razlaga vsebuje temno energijo, zadevo, ki naj bi zavzemala kar 70 odstotkov vsega obstoječega v vesolju. Temna energija je ogromna uganka. Znanstveniki ne vedo zares, kaj to je; nedvomno pa so na vesolju opazne posledice skritega dejavnika, ki ga poimenujejo temna energija. Najširše sprejeta razlaga pravi, da tudi kar se da prazen prostor ni nič; temveč je dejavnik sam po sebi, ima lastno energijo. Ta po delovanju spominja na protitežnost, a ni to. Temna energija deluje kot pritisk narazen, kot protitlak, ki stvari potiska stran. Najboljši približek delovanja temne energije je Hubblova konstanta.

Mogoče usode
Pomembno vprašanje je, kako silna je temna energija in ali njena količina skozi čas stoji ali narašča, saj vpliva na širjenje vesolja, to pa pove, kaj se bo z vesoljem na koncu zgodilo. V grobem obstajajo trije scenariji. Prvi pravi, da se bo vesolje širilo vedno počasneje, vse dokler se ne bo ustavilo, in proces se bo obrnil, kar naj bi privedlo do krčenja in ponovne zgostitve na eni neskončno majhni točki - čemur naj bi sledil nov veliki pok.

Po drugem scenariju se bo vesolje polagoma širilo v neskončnost. Fizika nalaga, da širjenje privede do hlajenja, kot je hladen prš, ki prihaja iz pločevinke s stisnjenim dezodorantom. Za zdaj meritve kažejo, da je ta scenarij pravi. Vesolje čaka toplotna smrt, ko se bo vse tako ohladilo, da se ne bo nič več premikalo in se ne bo dogajal noben proces več.
Zadnji dve meritvi namigujeta, da bi morda lahko držal tudi zadnji scenarij. Morda silnost temne energije skozi čas narašča. Na splošno naj bi bila temna energija neločljiva lastnost prostora, in ko v vesolju nastaja vse več prostora, naj bi s tem nastajalo tudi več temne energije. Če bo ta vse bolj prežemala vesolje, bo na koncu postala tako silna, da bo prav vse raztrgala na najmanjše mogoče koščke.

Video 1: Ponazoritev učinka močnega težnostnega lečenja

Video 2: Utripanje kvazarja v različicah podobe