Pada 1920-an, Edwin Hubble membuat wahyu inovatif bahwa Semesta berada dalam kondisi ekspansi. Awalnya diprediksi sebagai konsekuensi dari Teori Relativitas Umum Einstein, konfirmasi ini mengarah pada apa yang kemudian dikenal sebagai Konstan Hubble. Dalam dekade-dekade yang dipastikan, dan berkat penyebaran teleskop generasi mendatang - seperti Hubble Space Telescope (HST) - para ilmuwan telah dipaksa untuk merevisi undang-undang ini.
Singkatnya, dalam beberapa dekade terakhir, kemampuan untuk melihat lebih jauh ke ruang angkasa (dan lebih dalam ke dalam waktu) telah memungkinkan para astronom untuk melakukan pengukuran yang lebih akurat tentang seberapa cepat alam semesta awal berkembang. Dan berkat survei baru yang dilakukan dengan menggunakan Hubble, tim astronom internasional telah mampu melakukan pengukuran paling akurat dari laju ekspansi Semesta hingga saat ini.
Survei ini dilakukan oleh Supernova H0 untuk tim Equation of State (SH0ES), kelompok astronom internasional yang telah berupaya memperbaiki akurasi Konstan Hubble sejak 2005. Grup ini dipimpin oleh Adam Reiss of the Space Institut Sains Teleskop (STScI) dan Universitas Johns Hopkins, dan termasuk anggota dari Museum Sejarah Alam Amerika, Institut Neils Bohr, Observasi Astronomi Optik Nasional, dan banyak universitas dan lembaga penelitian bergengsi.
Studi yang menggambarkan temuan mereka baru-baru ini muncul di Jurnal Astrofisika dengan judul "Tipe Ia Supernova Jarak di Redshift> 1,5 dari Teleskop Luar Angkasa Hubble Program Treasury Multi-Siklus: Tingkat Ekspansi Awal “. Demi studi mereka, dan konsisten dengan tujuan jangka panjang mereka, tim berusaha membangun "tangga jarak" yang baru dan lebih akurat.
Alat ini adalah bagaimana para astronom secara tradisional mengukur jarak di Alam Semesta, yang terdiri dari mengandalkan penanda jarak seperti variabel Cepheid - bintang yang berdenyut yang jaraknya dapat disimpulkan dengan membandingkan kecerahan intrinsiknya dengan kecerahannya yang tampak. Pengukuran ini kemudian dibandingkan dengan cara cahaya dari galaksi jarak digeser merah untuk menentukan seberapa cepat ruang antara galaksi berkembang.
Dari sini, Konstan Hubble diturunkan. Untuk membangun tangga jauh mereka, Riess dan timnya melakukan pengukuran paralaks menggunakan Wide Field Camera 3 (WFC3) Hubble dari delapan bintang variabel Cepheid yang baru dianalisis di Bima Sakti. Bintang-bintang ini sekitar 10 kali lebih jauh daripada yang dipelajari sebelumnya - antara 6.000 dan 12.000 tahun cahaya dari Bumi - dan berdenyut pada interval yang lebih lama.
Untuk memastikan akurasi yang dapat menjelaskan goyangan bintang-bintang ini, tim juga mengembangkan metode baru di mana Hubble akan mengukur posisi bintang seribu kali per menit setiap enam bulan selama empat tahun. Tim kemudian membandingkan kecerahan delapan bintang ini dengan Cepheids yang lebih jauh untuk memastikan bahwa mereka dapat menghitung jarak ke galaksi lain dengan lebih presisi.
Menggunakan teknik baru, Hubble mampu menangkap perubahan posisi bintang-bintang ini relatif terhadap yang lain, yang menyederhanakan banyak hal. Seperti yang dijelaskan Riess dalam siaran pers NASA:
“Metode ini memungkinkan peluang berulang untuk mengukur perpindahan yang sangat kecil karena paralaks. Anda mengukur pemisahan antara dua bintang, tidak hanya di satu tempat di kamera, tetapi berulang kali, mengurangi kesalahan dalam pengukuran. "
Dibandingkan dengan survei sebelumnya, tim mampu memperluas jumlah bintang yang dianalisis hingga jarak 10 kali lebih jauh. Namun, hasil mereka juga bertentangan dengan yang diperoleh oleh satelit Planck dari Badan Antariksa Eropa (ESA), yang telah mengukur Cosmic Microwave Background (CMB) - radiasi sisa yang diciptakan oleh Big Bang - sejak digunakan pada tahun 2009.
Dengan memetakan CMB, Planck telah dapat melacak ekspansi kosmos selama awal jagat raya. 378.000 tahun setelah Big Bang. Hasil Planck memperkirakan bahwa nilai konstanta Hubble sekarang seharusnya menjadi 67 kilometer per detik per megaparsec (3,3 juta tahun cahaya), dan bisa tidak lebih tinggi dari 69 kilometer per detik per megaparsec.
Berdasarkan sruvey mereka, tim Riess memperoleh nilai 73 kilometer per detik per megaparsec, perbedaan 9%. Pada dasarnya, hasil mereka menunjukkan bahwa galaksi bergerak dengan kecepatan lebih cepat daripada yang disiratkan oleh pengamatan alam semesta awal. Karena data Hubble sangat akurat, para astronom tidak dapat mengabaikan kesenjangan antara dua hasil sebagai kesalahan dalam pengukuran atau metode tunggal. Seperti yang dijelaskan Reiss:
“Masyarakat benar-benar bergulat dengan pemahaman tentang arti perbedaan ini… Kedua hasil telah diuji beberapa cara, jadi cegah serangkaian kesalahan yang tidak berhubungan. semakin besar kemungkinan bahwa ini bukan bug tetapi fitur alam semesta. "
Oleh karena itu hasil terbaru ini menunjukkan bahwa beberapa kekuatan yang sebelumnya tidak diketahui atau beberapa fisika baru mungkin bekerja di Semesta. Dalam hal penjelasan, Reiss dan timnya telah menawarkan tiga kemungkinan, yang semuanya berhubungan dengan 95% dari Semesta yang tidak dapat kita lihat (mis. Materi gelap dan energi gelap). Pada tahun 2011, Reiss dan dua ilmuwan lainnya dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika untuk penemuan tahun 1998 mereka bahwa Semesta berada dalam kecepatan ekspansi yang dipercepat.
Konsisten dengan itu, mereka menyarankan bahwa Energi Gelap bisa mendorong galaksi terpisah dengan kekuatan yang meningkat. Kemungkinan lain adalah bahwa ada partikel subatom yang belum ditemukan di luar sana yang mirip dengan neutrino, tetapi berinteraksi dengan materi normal dengan gravitasi alih-alih gaya subatomik. "Neutrino steril" ini akan bergerak mendekati kecepatan cahaya dan secara kolektif dapat dikenal sebagai "radiasi gelap".
Salah satu dari kemungkinan ini akan berarti bahwa isi dari Semesta awal berbeda, sehingga memaksa memikirkan kembali model kosmologis kami. Saat ini, Riess dan rekannya tidak memiliki jawaban, tetapi berencana untuk terus menyempurnakan pengukuran mereka. Sejauh ini, tim SHoES telah mengurangi ketidakpastian Konstan Hubble menjadi 2,3%.
Ini sesuai dengan salah satu tujuan utama Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang membantu mengurangi nilai ketidakpastian dalam Konstan Hubble, yang perkiraannya sekali bervariasi dengan faktor 2.
Jadi, sementara perbedaan ini membuka pintu ke pertanyaan-pertanyaan baru dan menantang, itu juga mengurangi ketidakpastian kita secara substansial dalam hal mengukur Semesta. Pada akhirnya, ini akan meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana Semesta berevolusi setelah diciptakan dalam bencana besar 13,8 miliar tahun yang lalu.
