Noi cunoaştem de ceva timp că Universul se extinde şi că această expansiune este accelerată. Dar cum am aflat asta? În continuare vă vom arăta cum Edwin Hubble a descoperit expansiunea Universului. Atunci când studiaţi istoria ştiinţei veţi fi surprinşi de cât de mult s-a schimbat viziunea noastră asupra Universului în ultimul secol.
Cu mai puţin de o sută de ani în urmă astronomi importanţi şi educaţi încă dezbăteau dacă Calea Lactee reprezintă întregul Univers. Un deceniu mai târziu noi eram siguri că Universul se află într-o stare staţionară. Apoi ne-am gândit că el se află în expansiune, dar că ar fi posibil să sufere un colaps în cele din urmă sau chiar să-şi reducă viteza de expansiune până într-un moment în care el nu s-ar mai extinde. Acum constatăm că Universul se află într-o expansiune accelerată. Dar cum au ajuns astronomii la aceste concluzii doar privind o mare de puncte luminoase?
Hubble şi expansiunea Universului
În anii 1920, Edwin Hubble a utilizat două lucruri care i-au permis să revoluţioneze modul în care oamenii au privit Universul. Unul dintre acestea a fost cel mai mare telescop construit vreodată. Celălalt lucru a fost reprezentat de o descoperire interesantă din partea unui coleg astronom pe nume Vesto Slipher. Slipher studia ceea ce el a numit nebuloase, dar astăzi noi ştim că erau de fapt galaxii şi a fost preocupat de lumina de la ele. Aceasta era mai roşie decât se aştepta el. El a numit această modificare de culoare deplasarea spre roşu.
Să ne imaginăm că vă aflaţi împreună cu o altă persoană la capetele unei frânghii. În fiecare secundă o scuturaţi pe aceasta de la un capăt. Fiecare undă care se produce în acest fel se propagă către cealaltă persoană şi în acest fel deplasarea frânghiei va fi observată o singură dată pe secundă. Dacă aţi începe să vă îndepărtaţi de cealaltă persoană mergând pe jos cu o viteză constantă, distanţa pe care o parcurgeţi în fiecare secundă se va adăuga la distanţa pe care unda o va avea de străbătut aşa încât chiar dacă scuturaţi frânghia o dată pe secundă cealaltă persoană va observa deplasarea frânghiei la fiecare 1,1 secunde. Cu cât mergeţi mai repede cu atât mai mult va trebui să aştepte cealaltă persoană pentru a observa mişcarea frânghiei. Acelaşi lucru se întâmplă şi în cazul undelor de lumină. Cu cât o sursă de lumină se îndepărtează de observator, maximele de luminozitate se distanţează tot mai mult între ele. În acest fel acestea se apropie de domeniul de energie mică (roşu) al spectrului electromagnetic. Slipher a dedus de aici că lumina de la „nebuloase" este roşie pentru că ele se îndepărtează de Pământ.
Hubble a utilizat noul său telescop şi a studiat deplasarea spre roşu. El a descoperit că aceasta se observă peste tot dar că anumite stele par a fi mai mult afectate decât altele de acest fenomen. Unele stele şi galaxii au o deplasarea mică spre roşu, dar, în unele cazuri, aceasta este foarte mare. După ce a reuşit să obţină un număr suficient de date, Hubble a realizat un grafic care prezintă deplasarea spre roşu a unui obiect ceresc în funcţie de distanţa lui faţă de Pământ. Cu cât un obiect se află mai departe cu atât mai mult lumina de la el este deplasată spre roşu. Universul arată similar cu suprafaţa de cauciuc a unui balon şi care pe măsură ce este umflat face ca fiecare punct de pe suprafaţa sa să se îndepărteze în raport cu oricare alt punct.
Universul în expansiune accelerată
În concluzie, încă de la începutul secolului XX se ştia că Universul se extinde. Majoritatea oamenilor de ştiinţă au presupus, pe baza datelor existente atunci, că expansiunea Universului va încetini. Unii dintre ei au crezut că viteza de expansiunea se va reduce treptat către o limită la care expansiunea se va opri, dar care nu va fi atinsă niciodată. Alţii au considerat că Universul va suferi un colaps. Astronomii au înţeles că trebuie să obţină o imagine corectă a Universului. Pentru aceasta ei au avut nevoie de telescoape mai bune, pe care le-au primit şi de un pic de ajutor de la Univers care a venit sub forma supernovelor de tipul 1a.
O stea pitică albă este o stea care nu are o masă suficient de mare pentru a deveni o supernovă şi ea ar trebui să aibă parte de un sfârşit liniştit. Stelele pitice albe care devin supernove au o stea companion în apropiere. Atunci când steaua companion se apropie prea mult, steaua pitică albă captează materia din aceasta şi ulterior sfârşeşte sub forma unei explozii de supernovă dacă a dobândit o masă suficient de mare pentru a se putea produce aceasta. Deoarece toate aceste explozii de supernovă au loc atunci când stelele respective ajung la aceeaşi masă înseamnă că supernovele de tipul 1a arată la fel. Toate au aceeaşi luminozitate. Pentru că noi ştim cum variază luminozitatea în funcţie de distanţă rezultă că dacă putem măsura luminozitatea supernovelor de tipul 1a ştim cât de departe se află ele faţă de noi şi cât timp a călătorit lumina de la ele până la noi. În acest fel atunci când ne uităm la deplasarea spre roşu a luminii ştim cât de mult s-a extins Universul în perioada în care lumina a călătorit spre noi.
Când astronomii privesc stelele îndepărtate, pe cele mai bătrâne dintre acestea, au observat că distanţa până la acestea nu se potriveşte cu viteza de expansiune a Universului. Ei au constatat că lumina de la aceste stele a călătorit mai mult timp decât rezultă dacă se ia în calcul factorul de expansiune al Universului. Expansiunea are loc ca şi cum viteza ei ar fi fost mai mică în trecut. Expansiunea Universului nu s-a încetinit în timp. Ea s-a accelerat.
Acesta este motivul pentru care s-a emis ipoteza existenţei „energiei întunecate" despre care fizicienii încă se întreabă ce reprezintă. Această energie (sau orice altceva) întinde, trage sau împinge Universul. Atâta timp cât nu ştim ce este aceasta noi nu vom cunoaşte cauza din spatele misterioasei expansiuni a Universului. Ştim doar că acesta se află în expansiune.
Traducere de Cristian-George Podariu după how-red-light-revealed-that-the-universe-is-expanding
