Universul este in expansiune cu o viteza definita de asa-numita constanta a lui Hubble. Valoarea acesteia insa difera in functie de metoda utilizata pentru a o masura. Diferenta intre diversele valori ar putea fi legata de o noua fizica sau de o eroare de masuratoare. A fost propsa recent o noua metoda, care utilizeaza undele gravitationale ce provin de la fuziunea gaurilor negre, pentru a obtine o noua masratoare a acestei faimoase constante.

Stim ca Universul este in expansiune din 1929, cand astronomul Edwin Hubble a descoperit cum ca galaxiile se indepartau de noi, cu o viteza proportionala cu distanta. Constanta de proportionalitate a fost ulterior denumita constanta lui Hubble. Care este valoarea acestei constante? Masuratori din ce in ce mai precise au stabilit ca aceasta valoare este in jur de 70 km/s/Mpc (adica 70 kilometri pe secunda pe Megaparsec – Megaparsecul representiand un milion de parsec,  parsecul fiind o distanta egala cu 3.6 ani lumina).

Masuratori din ce in ce mai precise au aratat insa ca in functie de metoda cu care este masurata, constanta lui Hubble nu este chiar asa....constanta.

O prima metoda foloseste stelele numite Cefeide, care sunt stele variabile foarte masive si foarte luminoase cu perioade cuprinse intre 1 si 70 de zile. Cefeidele clasice urmeaza o relatie perioada-luminozitate bine definita; cu cat perioada Cefeidei este mai lunga, cu atat mai luminoasa va fi aceasta stea. Aceasta relatie permite ca Cefeidele sa fie utilizate drept lumanari standard pentru determinarea distantei. Masurand deplasarea spre rosu a Cefeidelor, din care se deduce viteza cu care se indeparteaza de noi, si cunoscand distanta pana la acestea se extrage constanta lui Hubble, obtinandu-se o valoare de 73 km/s/Mpc.

O metoda total diferita este cea care foloseste radiația cosmică de fond, o formă de radiație electromagnetică care se găsește peste tot în Univers si care are o temperatura echivalenta de circa 2,7 K.  Masuratori ale variatie acestei temperaturi obtinute cu telescopul spatial Planck au permis determinarea constantei lui Hubble, valoarea obtinuta fiind de 68 km/s/Mpc.

Erorile celor doua masuratori sunt mici, masuratorile fiind in conflict intre ele. Mai multi cercetatori au crezut ca una dintre cele doua valori ar putea fi afectata de erori derivate din aparatele de masura (asa-numite erori sistematice). Insa pana in prezent nu au fost descoperite astfel de erori.

Daca intr-adevar cele doua valori sunt diferite, tinand cont ca masoara valoarea constantei lui Hubble in perioade diferite din istoria Universului (fondul de radiatie a luat nastere la circa 400.000 de ani dupa Big Bang in timp ce Cefeidele s-au format mult mai tarziu) acest lucru ar putea sa aiba de-a face cu istoria si evolutia Universului care ar trebui sa fie diferite fata de modelul actual al Big Bangului.

Pentru a rezolva acest aparent conflict, recent a fost propuse o noua metoda de masurare a constantei lui Hubble, care se bazeaza pe undele gravitationale ce provin din unirea a doua gauri negre indepartate.

Acest tip de unde au fost masurate recet (2015) de catre interferometrele gravitationale americane LIGO, la care s-a adaugat si interferometrul VIRGO din Italia. Acestea au masurat cateva unde gravitationale ce provin de la sisteme binarii de gauri negre cu mase de cateva zeci de oricea  a Soarelui care se afla la distante de circa un miliard de ani lumina fata de noi.

Aceste gauri negre in rotatie in spirala una in jurul celeilalte pierd energie ajungand sa se uneasca intr-o unica gaura neagra. Energia pierduta se transforma in unde gravitationale care sunt uterior masurate de LIGO si  VIRGO. Amplitudinea masurata a acestor unde gravitationale, comparata cu aplitudinea reala, ne da informatii despre distanta la care se afla gaurile negre ce emit undele gravitationale.  Galaxiie in care se afla aceste gauri negre ne permit masurarea deplasarii spre rosu. Din aceste informatii se poate extrage constanta lui Hubble. La ora actuala valoarea obtinuta este extrem de imprecisa, cu erori foarte mari. In viitor insa prin masurarea a zeci si chiar sute de unde gravitationale se va avea o valoare din ce in ce mai precisa si va fi posibil sa o comparam cu valorile aterioare.

Constanta lui Hubble este extrem de importanta, intrucat  ne spune cum a evoluat Universul de-a lungul timpului si ne va ajuta, se spera, sa elucidam si misterul care invaluie materia si energia intunecate, care, se crede, domina la ora actuala Universul.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro