Ποιά είναι η ηλικία του σύμπαντος;

Από τα 13,8 στα 26,7 δισεκατομμύρια χρόνια

Οι φυσικοί υπολογίζουν την ηλικία του σύμπαντος με βάση το φαινόμενο της μετατόπισης προς το ερυθρό (των γραμμών απορρόφησης) που παρατηρείται στο φάσμα φωτός των μακρινών γαλαξιών, εξαιτίας της διαστολής του σύμπαντος. Το 2021, χάρη στις νέες τεχνικές και τις προόδους της τεχνολογίας, η ηλικία του σύμπαντός μας υπολογίστηκε σύμφωνα με την καθιερωμένη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης στα 13,787±0,020 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, κάποιοι δύσπιστοι αμφισβητούν την παραπάνω τιμή, προβάλλοντας κυρίως δυο παρατηρησιακά επιχειρήματα: 

α) Της ύπαρξης ενός άστρου με το βαρετό όνομα HD 140283, που απέχει περίπου 200 έτη φωτός από τη Γη, του οποίου η ηλικία προσδιορίζεται στα 14,45±0,80 δισεκατομμύρια χρόνια. Μια τιμή που είναι μεγαλύτερη από την αποδεκτή τιμή της ηλικίας του σύμπαντος, 13,787 δισ. χρόνια! Το άστρο αυτό αναφέρεται ως άστρο Μαθουσάλας.
β) Της ανακάλυψης αρχέγονων γαλαξιών σε προχωρημένη κατάσταση εξέλιξης από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Αυτοί οι γαλαξίες σχηματίστηκαν περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά η δομή τους δείχνει πως η εξέλιξή τους θα απαιτούσε δισεκατομμύρια χρόνια. Επιπλέον, είναι πολύ μικροί σε μέγεθος, προσθέτοντας άλλο ένα πέπλο μυστηρίου.

Σε μια πρόσφατη δημοσίευση με τίτλο ‘JWST early Universe observations and ΛCDM cosmology‘, ο φυσικός Ρ. Gupta επιχειρεί να εξηγήσει τα παραπάνω παρατηρησιακά δεδομένα. Χωρίς να απορρίπτει την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, προσρμόζοντας κάποιες παλιές ιδέες των Fritz Zwicky και Paul Dirac, εκτιμά ότι η ηλικία του σύμπαντος είναι 26, 7 δισεκατομμύρια έτη. Είναι προφανές πως αν ίσχυε κάτι τέτοιο, θα άλλαζε εντελώς η εικόνα που έχουμε σήμερα για την δομή και την εξέλιξη του σύμπαντος.

O αιρετικός αστρονόμος Fritz Zwicky (ο πρώτος που συνέλαβε την ιδέα της σκοτεινής ύλης), αντί της διαστολής του σύμπαντος πρότεινε, το 1929, μια εναλλακτική ερμηνεία της κοσμολογικής μετατόπισης προς το ερυθρό: την θεωρία του «κουρασμένου» φωτός. Σύμφωνα με αυτή, τα φωτόνια που φτάνουν στα τηλεσκόπιά μας χάνουν ενέργεια με την πάροδο του χρόνου διαμέσου των συγκρούσεων με άλλα σωματίδια (βλέπε φαινόμενο Compton). Aν λοιπόν χάνουν ενέργεια, δεδομένου ότι Ε=hc/λ, το μήκος κύματος μεγαλώνει – μετατοπίζεται δηλαδή προς το ερυθρό. Η θεωρία αυτή δεν επιβεβαιώθηκε από τις παρατηρήσεις και παρέμενε ένα περιθωριακό θέμα στην αστροφυσική. Ωστόσο, ο Gupta διαπίστωσε ότι «επιτρέποντας σε αυτή τη θεωρία να συνυπάρχει με το διαστελλόμενο σύμπαν, καθίσταται δυνατή η επανερμηνεία της μετατόπισης προς το ερυθρό ως υβριδικό φαινόμενο, και όχι καθαρά λόγω της διαστολής του σύμπαντος.»

Εκτός από τη θεωρία του Zwicky, ο Gupta επαναχρησιμοποιεί και την θεωρία της χρονικής εξέλιξης των «σταθερών σύζευξης», όπως είχε προτείνει ο Paul Dirac. 

Οι σταθερές σύζευξης είναι θεμελιώδεις φυσικές σταθερές που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων. Η ιδέα ότι σταθερές σύζευξης, όπως η σταθερά λεπτής υφής, έχουν μια κοσμολογική χρονική εξάρτηση, προτάθηκε στη δεκαετία του 1930 από τον Paul Dirac. Αν οι σταθερές σύζευξης εξαρτώνται πραγματικά από τον χρόνο, αναμένονται σοβαρές συνέπειες για την κοσμολογική εξέλιξη από την Μεγάλη Έκρηξη μέχρι σήμερα.

Ο Dirac ανέπτυξε την ιδέα αυτή σε σχετικό άρθρο αμέσως μετά τον γάμο του, ωθώντας τον George Gamow να σχολιάσει: Ιδού τι συμβαίνει όταν οι άνθρωποι παντρεύονται!

Αν δεχτούμε την χρονική μεταβολή των σταθερών σύζευξης κατά Dirac, το χρονικό πλαίσιο για τον σχηματισμό των αρχέγονων γαλαξιών που παρατηρούνται από το τηλεσκόπιο Webb με μεγάλες μετατοπίσεις προς το ερυθρό μπορεί να επεκταθεί από μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια σε αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια. Έτσι μπορεί να εξηγηθεί η προχωρημένη δομή που παρατηρείται στους γαλαξίες αυτούς.  

Επιπλέον, ο Gupta υποστηρίζει ότι η παραδοσιακή ερμηνεία της «κοσμολογικής σταθεράς», που αντιπροσωπεύει τη σκοτεινή ενέργεια και είναι υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος, χρειάζεται αναθεώρηση. Στην θέση της, προτείνει μια σταθερά που εξηγεί την εξέλιξη των σταθερών σύζευξης. Αυτή η τροποποίηση στο κοσμολογικό πρότυπο βοηθά και την επίλυση του γρίφου των μικρών μεγεθών των γαλαξιών που παρατηρήθηκαν στο πρώιμο σύμπαν.

Καλό είναι να εξετάζονται όλες οι περιπτώσεις, ακόμα και οι πιο απίθανες, όπως η παραπάνω υβριδική κοσμολογική πρόταση του Gupta. Ας έχουμε όμως στην άκρη του μυαλού μας τα σφάλματα που υπάρχουν στις διάφορες κοσμολογικές εκτιμήσεις. Αφήνοντας προς το παρόν να ‘κατασταλάξουν’ οι πολύ πρόσφατες παρατηρήσεις των αρχέγονων γαλαξιών από το James Webb, ας εξετάσουμε την ηλικία του Μαθουσάλα που κυμαίνεται από 13,65 έως 15,25 δισεκατομμύρια έτη. Υπάρχει 70% πιθανότητα η πραγματική του ηλικία να βρίσκεται σε αυτό εύρος. Όμως υπάρχει 30% πιθανότητα η πραγματική ηλικία του άστρου να είναι έξω από το διάστημα αυτό, και 15% πιθανότητα η πραγματική ηλικία του Μαθουσάλα να είναι μικρότερη από 13,65 δισεκατομμύρια χρόνια – μικρότερη από την αποδεκτή ηλικία του σύμπαντος. Κι, αν συγκρίνουμε σωστά τις εκτιμήσεις των ηλικιών του άστρου και του σύμπαντος, θα διαπιστώσουμε ότι υπάρχει περίπου 20% πιθανότητα η πραγματική του ηλικία να είναι μικρότερη από την ηλικία του σύμπαντος. Δηλαδή, το ίδιο πιθανό με το να ρίξεις ένα κέρμα και να φέρεις δυο συνεχόμενες φορές κορώνα. Μεταξύ μας: αυτό δεν είναι και τόσο απίθανο.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες εδώ: New research puts age of universe at 26.7 billion years, nearly twice as old as previously believed

https://physicsgg.me/2023/07/15/%cf%80%ce%bf%ce%b9%ce%ac-%ce%b5%ce%af%ce%bd%ce%b1%ce%b9-%ce%b7-%ce%b7%ce%bb%ce%b9%ce%ba%ce%af%ce%b1-%cf%84%ce%bf%cf%85-%cf%83%cf%8d%ce%bc%cf%80%ce%b1%ce%bd%cf%84%ce%bf%cf%82/