Τα ευρήματα αφαιρούν ορισμένα “αγκάθια” από την κοσμολογία, που είχαν οδηγήσει ορισμένους φυσικούς σε αρκετά απελπισμένες ερμηνείες.
Οι μεταβολές στη φωτεινότητα των κβάζαρ του πρώιμου σύμπαντος βοήθησαν να υπολογιστεί η χρονική διαστολή στο μακρινό παρελθόν· μόλις ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα ευρήματα αποκαλύπτουν μια εποχή όπου τα ρολόγια έτρεχαν πέντε φορές πιο αργά από ό,τι σήμερα – ή, τουλάχιστον, έτσι θα έκαναν, αν υπήρχε κάποιος να κατασκευάσει ρολόγια. Τα ευρήματα προσφέρουν, επίσης, ένα αίσθημα ανακούφισης στους κοσμολόγους, οι οποίοι δυσκολεύονταν να βγάλουν άκρη από τα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών με κβάζαρ.
Το γεγονός ότι ο χρόνος φαίνεται πως ρέει διαφορετικά για όσους κινούνται με ταχύτητες κοντά σε αυτήν του φωτός, σε σύγκριση με εκείνους που είναι ακίνητοι, αποτελεί ένα βασικό χαρακτηριστικό της Θεωρίας της Ειδικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η Γενική Σχετικότητα προέβλεψε ότι αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως διαστολή του χρόνου, εμφανίζεται επίσης μεταξύ διαφορετικών βαρυτικών πεδίων, κάτι που έκτοτε έχει επαληθευτεί πειραματικά.
Μετά την ανακάλυψη ότι το σύμπαν διαστέλλεται, οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι θα έπρεπε, επίσης, να υφίσταται διαστολή του χρόνου καθώς πηγαίνουμε προς τα πίσω· από την δική μας σκοπιά, δηλαδή, θα έπρεπε να φαίνεται ότι το παρελθόν κινείτο με πιο αργό ρυθμό. Ωστόσο, ο καθορισμός του “πόσο πιο αργά;” αποδείχτηκε πως αποτελεί σημαντική πρόκληση. Τώρα, μία νέα εργασία μπορεί να έχει βρει την λύση.
«Κοιτάζοντας πίσω σε μια εποχή που η ηλικία του σύμπαντος ήταν λίγο μεγαλύτερη από ένα δισεκατομμύριο έτη, βλέπουμε ότι ο χρόνος φαίνεται να κυλά πέντε φορές πιο αργά», δηλώνει ο Geraint Lewis, καθηγητής στο “University of Sydney” και επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας. «Αν βρισκόσασταν εκεί, σε αυτό το βρεφικό σύμπαν, το ένα δευτερόλεπτο θα φαινόταν σαν ένα δευτερόλεπτο, όμως από τη θέση μας -περισσότερα από 12 δισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον- αυτός ο πρώιμος χρόνος φαίνεται να πηγαίνει πολύ αργά».
Για να μετρήσουμε την διαστολή του χρόνου, χρειαζόμαστε κάτι που να αλλάζει τη φωτεινότητά του μέσα σε χρονικά διαστήματα τα οποία μπορούμε να εκτιμήσουμε.
Οι σουπερνόβα μας επέτρεψαν να παρακολουθήσουμε το βαθμό στον οποίο ο χρόνος φαίνεται να κυλά διαφορετικά, σε σύγκριση με το σήμερα, για πριν από επτά δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. Όμως, όσο φωτεινοί κι αν είναι, ελάχιστοι υπερκαινοφανείς είναι αρκούντως ορατοί πριν από αυτό το σημείο. Ωστόσο, το πιο μακρινό κβάζαρ που μπορούμε να δούμε, βρίσκεται 13 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στο χρόνο. Το πολύ έντονο φως που παράγεται από τον δίσκο προσαύξησής του είναι ορατό παρά την τεράστια απόσταση.
Η ασσυμετρία και η τύρβη στους δίσκους προσαύξησης των κβάζαρ, προκαλούν μεταβολές στην φωτεινότητά τους. Ο Lewis εξηγεί ότι οι μεταβολές αυτές, παρότι δεν είναι απολύτως προβλέψιμες, δεν είναι εντελώς τυχαίες. «Μοιάζει λίγο με το χρηματιστήριο», λέει. «Μέσα στις δύο τελευταίες δεκαετίες, είδαμε ότι οι μεταβολές παρουσιάζουν ένα στατιστικό μοτίβο, με τα χρονικά διαστήματα των μεταβολών να σχετίζονται με το πόσο φωτεινό είναι ένα κβάζαρ και με το μήκος κύματος του φωτός του».
Χρησιμοποιώντας αυτή τη γνώση, μπορούμε να ομαδοποιήσουμε κβάζαρ με κοινά χαρακτηριστικά, που βρίσκονται όμως σε πολύ διαφορετικές αποστάσεις, για να δούμε αν τα πιο απομακρυσμένα φαίνεται να μεταβάλλονται πιο αργά.
Ο Lewis και ο συν-συγγραφέας της εργασίας Dr Brendan Brewer του “University of Auckland” δεν είναι οι πρώτοι που είδαν την δυνατότητα της χρήσης των κβάζαρ ως τυπικών ρολογιών για τη μέτρηση της χρονικής διαστολής του πρώιμου σύμπαντος. Τα αποτελέσματα, όμως, των προηγούμενων προσπαθειών ήταν ιδιαίτερα αινιγματικά.
Μια προηγούμενη μελέτη δεν βρήκε συσχέτιση μεταξύ της απόστασης ενός κβάζαρ και του βαθμού στον οποίο η μεταβλητότητά του φαίνεται να καθυστερεί για εμάς. Εάν αυτό ήταν αλήθεια, θα αποτελούσε μια πρόκληση, σε θεμελιώδες επίπεδο, για το πόσο κατανοούμε τους νόμους της φυσικής.
Σε μια απόπειρα να αποφευχθεί ένα τέτοιο πρόβλημα, ορισμένοι φυσικοί πρότειναν ότι η μεταβλητότητα που βλέπουμε δεν προέρχεται από τα ίδια τα κβάζαρ, αλλά από τις παραμορφώσεις που δημιουργούν μαύρες τρύπες, οι οποίες περνούν ανάμεσα από εμάς και τα κβάζαρ. Γενικά, δεν υπάρχουν πουθενά αλλού ενδείξεις ότι η εικόνα μας για το σύμπαν επηρεάζεται από μη ανιχνεύσιμες μαύρες τρύπες· επομένως, το γεγονός και μόνο ότι εξετάστηκε μία τέτοια ιδέα, δείχνει πόσο ανησυχητικά ήταν τα αποτελέσματα.
Όπως αναφέρει ο Lewis «Εάν οι μεταβολές προκαλούνται από κάτι που παρεμβάλλεται μεταξύ παρατηρητή και κβάζαρ, αυτό σημαίνει ότι πραγματικά δεν κατανοούμε στο ελάχιστο τα κβάζαρ και την φυσική των δίσκων προσαύξησης». Άλλοι έφτασαν στο σημείο να προτείνουν να ξαναγραφτεί η κοσμολογία, εγκαταλείποντας -για παράδειγμα- την ιδέα ότι ο χώρος διαστέλλεται.
Ωστόσο, απ’ ό,τι φαίνεται, δεν χρειάζεται να καταφύγουμε σε κάτι τόσο δραστικό. Οι Lewis και Brewer χρησιμοποίησαν 190 κβάζαρ, με την ηλικία κάποιων από αυτά να ξεπερνάει τα 12 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι παρατηρήσεις έγιναν από μια ομάδα του “University of Illinois” που, έχοντας εκτελέσει πολύ περισσότερες μετρήσεις της φωτεινότητας των κβάζαρ απ’ όσες είχαν γίνει στις προηγούμενες μελέτες, κατάφεραν να δημιουργήσουν πιο αξιόπιστες εκτιμήσεις των περιόδων τους.
Οι συγγραφείς παρατήρησαν ένα μοτίβο αυξανόμενης διαστολής του χρόνου για όσο περισσότερο κοιτάμε προς τα πίσω στο πρώιμο σύμπαν· ακριβώς όπως προβλέπει η Θεωρία της Σχετικότητας.
«Οι σουπερνόβα είναι εκλάμψεις φωτός, γεγονός που καθιστά ευκολότερη τη μελέτη τους, ενώ τα κβάζαρ είναι πιο περίπλοκα: σαν διαρκής επίδειξη πυροτεχνημάτων», λέει ο Lewis. «Αυτό που κάναμε είναι να ξετυλίξουμε αυτή την επίδειξη πυροτεχνημάτων, δείχνοντας ότι και τα κβάζαρ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τυπικοί δείκτες χρόνου για το πρώιμο σύμπαν».
Παραπομπές: Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02029-2
Πηγή: https://www.iflscience.com/
