12.11.2024 - 21:40
The Washington Post · Joel Achenbach
L’univers s’expandeix. Però a quina velocitat? Per què passa, això? I quin serà el destí final de l’univers? Aquestes són qüestions còsmiques i els astrònoms continuen tenint moltes dificultats per a trobar-ne les respostes. Perquè les diferents tècniques que hi ha per a mesurar l’anomenada constant de Hubble –que estableix la relació de proporcionalitat entre la distància i la velocitat de recessió de les galàxies– ofereixen estimacions diferents.
Els cosmòlegs han batejat aquest enigma amb el nom de “tensió de Hubble”.
L’agost passat, un article d’un grup d’astrònoms de la Universitat de Chicago, publicat en línia i encara no revisat, informava de tres tècniques observacionals que havien fet estimacions per a la constant de Hubble i que oscil·laven entre 68 i 72 quilòmetres per segon per megaparsec.
Pocs dies després, un altre equip de recerca encapçalat pel cosmòleg i premi Nobel Adam Riess, de la Universitat Johns Hopkins, publicava un article en línia en què estimava la constant de Hubble en 73.
Per a qualsevol profà, aquestes xifres poden ser molt semblants. Però no pas per als cosmòlegs, i encara menys per a Riess, que ha dedicat tota la seva carrera a mesurar l’expansió còsmica.
“Estem encallats”, explica Riess al seu despatx de Johns Hopkins, on guarda una rèplica de la medalla d’or que li van donar a Estocolm.
La constant de Hubble s’havia estimat tradicionalment en 67. Però Riess i els seus col·legues van utilitzar el telescopi espacial Hubble per estudiar estrelles que exploten en galàxies llunyanes (supernoves) i van obtenir una estimació més alta, de 73. Algunes observacions més recents fetes amb el telescopi James Webb han arribat a resultats similars.
Wendy Freedman, autora principal de l’article de la Universitat de Chicago, opina ara que potser la tensió de Hubble no és res greu, i que la comunitat científica només necessita millorar la manera d’estimar les distàncies entre galàxies i, per tant, la velocitat amb què s’allunyen les unes de les altres. Si és així, es podria resoldre sense haver de necessitar teories revolucionàries.
“Arribarem al fons de la qüestió”, assegura Freedman.
Però el debat –la tensió– és esotèric i fonamental alhora. És esotèric perquè l’evolució de l’univers té lloc en escales de milers de milions d’anys. Per tant, la constant de Hubble no afecta cap ésser humà. En definitiva, l’expansió còsmica passa en l’espai intergalàctic, no ací a la Terra, on vivim tots.
Però als físics i cosmòlegs els importa molt, perquè al capdavall parlem sobre la natura fonamental de l’univers. Si els científics no poden reconciliar les seves estimacions, això pot significar que hi ha alguna cosa a l’univers que requereix fer revisions dràstiques a l’ortodòxia cosmològica.
Perquè la taxa d’expansió còsmica ens indica l’edat de l’univers –uns 13,8 mil milions d’anys, segons l’estimació actual basada en la radiació de fons. I l’expansió còsmica determinarà, finalment, el futur de tot allò que existeix. I, certament, no hi ha qüestions científiques més grans que aquesta.
Lluny, molt lluny
L’espai té la característica de ser generalment transparent. Però continua essent molt difícil per als astrònoms mesurar la distància a estrelles i galàxies llunyanes. Això, al seu torn, fa que sigui difícil determinar amb quina rapidesa les galàxies s’allunyen les unes de les altres a mesura que l’espai entre si s’expandeix.
Cada vegada que els científics creuen que són a punt d’arribar a un consens, l’univers capgira la narrativa, cosa que obliga els astrònoms a tornar als seus telescopis i, en el cas dels teòrics, a les seves pissarres.
La constant de Hubble deu el seu nom a l’astrònom Edwin Hubble, que als anys vint del segle passat va descobrir que la llum de moltes galàxies es desplaçava cap al vermell, un signe que les galàxies es van allunyant de nosaltres. A més, el desplaçament cap al vermell augmentava amb la distància. (I aquest és el motiu pel qual la constant de Hubble es descriu tradicionalment amb la complicada unitat de “quilòmetres per segon per megaparsec”. Un megaparsec és una distància equivalent a uns 3 milions d’anys llum. Com més lluny és una galàxia, més ràpid s’allunya de nosaltres.)
La implicació teòrica del descobriment de Hubble va ser sorprenent: l’univers no és estàtic ni etern. És dinàmic. L’espai entre les galàxies, tret de les que estan unides entre si per la gravetat, s’expandeix. Aquest és un element clau de la teoria del Big Bang. Avui l’univers és una vasta sopa freda i prima de matèria i energia, però fa molt temps era inimaginablement calenta i densa.
Riess, de 54 anys, ha dedicat la seva carrera a entendre l’expansió còsmica. Ell i dos científics més van compartir el Nobel pel descobriment que van fer el 1998 que l’univers no només s’expandia, sinó que ho feia a un ritme accelerat.
“Hem descobert que l’univers és força complicat. De manera que continuem trobant petites sorpreses”, va dir Riess.
Però mentre continua el debat sobre la tensió de Hubble, ha aparegut un altre desenvolupament sorprenent que fa referència a l’expansió còsmica. Un projecte anomenat Instrument Espectroscòpic d’Energia Fosca (DESI) fa servir un telescopi a Kitt Peak, Arizona, per a examinar milions de galàxies i crear un film de la història de l’expansió còsmica durant milers de milions d’anys.
El primer lot de dades de DESI es va publicar enguany. I les dades indicaven que l’acceleració de l’univers, aquell descobriment pel qual Riess va guanyar el Nobel, sembla que s’ha moderat els darrers mil milions d’anys, com si algú hagués aixecat el peu de l’accelerador.
Aquest resultat és provisional, però té el potencial de dinamitar una suposició sobre l’energia fosca, el camp energètic hipotètic (i encara molt misteriós) que es creu que impulsa l’acceleració. Els científics han considerat generalment l’energia fosca com una “constant cosmològica”, que manté la seva densitat en qualsevol volum d’espai fins i tot quan l’univers s’expandeix. Però les dades de DESI suggereixen que potser no és constant.
“Si aquest resultat es confirma, seria la troballa més important sobre l’energia fosca d’ençà del descobriment de l’acceleració còsmica el 1998”, explica Mustapha Ishak, astrofísic de la Universitat de Texas a Dallas i un dels caps de l’anàlisi cosmològica de DESI.
De fet, això podria canviar el destí de l’univers.
D’ençà del descobriment de l’acceleració, els teòrics han calculat que l’univers continuarà expandint-se com més va més ràpidament, fins que (d’ací a trilions d’anys) el cosmos esdevingui completament fred, fosc i inhòspit per a la vida. Tanmateix, aquest futur desolador potser no arribarà mai si l’expansió es modera.
De fet, en una de les hipòtesis possibles, l’univers podria tornar-se a col·lapsar, fins i tot. Un fenomen que té nom: el “gran col·lapse” (Big Crunch).
Els astrònoms ja han revelat meravelles increïbles de l’univers, però algunes de les preguntes més bàsiques continuen essent difícils de respondre i potser van més enllà de l’abast de la ciència actual. Per exemple: l’univers és finit o infinit? Els científics no ho saben. Podria ser una cosa o una altra, diuen. Potser no hi ha manera de respondre definitivament a aquesta pregunta. I per això és imprecís dir que l’univers en expansió “es fa més gran”. Si és infinit, ja seria tan gran com pot ser.
El llibre més venut de Stephen Hawking, Història del temps, presentava grans preguntes que encara no tenen resposta, trenta-sis anys després de la seva publicació: “D’on va sortir l’univers i cap a on es dirigeix? Va tenir un començament? I si és així, què va passar abans? Quina és la naturalesa del temps? Arribarà mai a la seva fi?”
Heus ací una altra qüestió complexa: ningú no sap de què és fet l’univers –fins i tot, l’“espai buit”– en el nivell més fonamental. El físic Brian Greene presenta la pregunta d’aquesta manera: “Quins fils cusen el teixit de l’espai?”
Els científics han calculat que una quarta part de l’“energia total” de l’univers, aproximadament (que inclou matèria i energia), és matèria fosca. Ningú no sap què és la matèria fosca. Per això se’n diu “fosca”.
Finalment, arribem novament a l’enquesta DESI: hi ha l’energia fosca. Es calcula que constitueix al voltant del 70% de l’univers. Només un 4% de l’univers és compost per matèria ordinària, com protons, neutrons, electrons i altres partícules que ens proporcionen estrelles, planetes, roques, arbres, formiguers, torradores, etc.
“L’univers és dominat per la matèria fosca i l’energia fosca, i nosaltres no les entenem. És absurd. Això ens desconcerta a tots”, diu Jane Rigby, científica sènior del telescopi Webb.
Encara a les fosques
Riess encara era un jove investigador postdoctoral quan es va afegir a un projecte encapçalat per l’astrònom Brian Schmidt per estudiar supernoves amb la intenció de discernir canvis en la taxa d’expansió de l’univers. Un segon equip encapçalat per l’astrònom Saul Perlmutter tenia un objectiu similar, i els dos equips competien per ser els primers d’aconseguir la resposta.
En aquell moment, s’assumia que la gravetat faria que l’expansió es ralentís. Però el 1997 Riess es va trobar amb una anomalia: les observacions de supernoves i les equacions per a l’expansió còsmica només tenien sentit si l’univers tenia massa negativa. I això no tenia sentit. No existeix la massa negativa.
Aleshores, Riess va tenir una revelació: les equacions tindrien sentit si l’univers no s’anés alentint, com tothom pensava en aquell moment, sinó que s’anés accelerant.
Ell i els seus col·legues van intercanviar un gran nombre de correus electrònics emocionats però prudents. Era una afirmació ben extraordinària. I si s’equivocaven? Riess va instar els seus col·legues a confiar-hi: “Enfoqueu-vos en aquests resultats no amb el cor o el cap, sinó amb els ulls. Som observadors, al cap i a la fi!”
Finalment, els dos equips rivals van acabar informant del mateix resultat sorprenent i van compartir la glòria del premi Nobel.
Però aleshores els científics es van haver d’enfrontar a la tasca d’esbrinar què causava exactament l’acceleració còsmica. I van començar a utilitzar un nou terme: energia fosca, que sembla ser una propietat de l’espai, una força repulsiva, similar a l’antigravetat.
“L’energia fosca és un nou fluid sobre el qual no sabem res. No és matèria, no són fotons, és una altra cosa, amb pressió negativa”, explica Nathalie Palanque-Delabrouille, directora de la divisió de física del Laboratori Nacional de Lawrence Berkeley i portaveu del projecte DESI.
“Ho vaig dir fa vint-i-cinc anys, i encara ho crec: l’energia fosca és l’enigma més profund de tota la ciència”, raona Michael Turner, cosmòleg de la Universitat de Chicago, que va encunyar el terme “energia fosca” i no forma part de l’equip de DESI. Els resultats de DESI, diu, “poden ser l’avanç que necessitem”.
Els resultats de DESI que mostren que l’energia fosca no és una constant són preliminars. El cap de l’estudi, Michael Levi, físic del laboratori nacional, assenyala que les dades publicades fins ara cobreixen solament un any d’observacions.
“Pensem que això és interessant, però crec que encara som molt lluny de poder parlar d’un ‘descobriment’”, explica Levi.
Es fa un gran esforç per resoldre el misteri de l’energia fosca. Als Estats Units, la NASA desenvolupa el telescopi espacial Nancy Grace Roman, que és previst que es llanci el 2027. Té la mateixa mida que el telescopi Hubble, però tindrà un camp de visió molt més ampli i haurà d’oferir més dades sobre l’evolució de l’univers. Una missió europea, Euclid, també es dedica a fer el mapa de l’univers durant el temps i a estudiar el paper de l’energia fosca.
Si analitzem el darrer segle de cosmologia, veiem un univers estàtic que es transforma en un univers en expansió, després en un d’accelerat, i que potser ara tornarà a canviar. Riess és un dels qui creuen que la seva professió pot ser a punt de fer un altre gran descobriment.
“Comencem a veure més tensions o, potser, anomalies”, diu. “Tenim la descripció física correcta de l’univers?”
Amb tanta incertesa científica sobre l’expansió còsmica, el futur és molt obert. I, de fet, el passat també. És possible, comenta Riess, que l’univers sigui cíclic. Un Big Bang podria ser seguit per un Big Crunch (“gran col·lapse”) i després un altre Big Bang, una vegada i una altra. Per tota l’eternitat. “De fet, jo sempre he preferit que fos un univers cíclic”, diu.
Però això solament és la seva preferència. L’univers farà què hagi de fer i el destí del cosmos, això sí que és segur, no es decidirà amb una votació popular.
- Subscribe to The Washington Post
- Podeu llegir més reportatges del Washington Post publicats en català a VilaWeb
