Tο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb προχώρησε σε μία πρωτοποριακή ανακάλυψη, παρουσιάζοντας στοιχεία που αμφισβητούν την τρέχουσα κατανόησή μας για το σύμπαν.

Για χρόνια οι επιστήμονες προσδιόριζαν την ηλικία του σύμπαντος σε περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Όμως τα νέα ευρήματα του James Webb αποδεικνύουν ότι αυτό μπορεί να είναι μια τεράστια υποεκτίμηση της πραγματικότητας. Τα μυστικά του σύμπαντος είναι τεράστια, αλλά κανένα δεν ήταν τόσο αινιγματικό όσο η παρουσία των «αδύνατων πρώιμων γαλαξιών», που ονομάστηκαν έτσι λόγω των ιδιόμορφων περιόδων σχηματισμού τους.

Σύμφωνα με τα υπάρχοντα στοιχεία, αυτοί οι γαλαξίες που αναδύθηκαν κατά την «κοσμική αυγή», περίπου 500 έως 800 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, δεν θα έπρεπε να έχουν αναπτύξει δίσκους και εξογκώματα τόσο γρήγορα. «Είναι σαν να βλέπουμε ένα νήπιο με τη σοφία ενός ογδοντάχρονου», τονίζει ένας επιστήμονας, εξηγώντας το παράδοξο. Τα στοιχεία ωστόσο που συνέλεξε το James Webb, δείχνουν πως οι γαλαξίες αυτοί φαίνονται σαν να έχουν υποστεί τεράστιες περιόδους εξέλιξης.

Μάλιστα ορισμένοι μικρότεροι γαλαξίες φαίνεται να έχουν μεγαλύτερη μάζα από τους μεγαλύτερους, πηγαίνοντας ενάντια στην κανονικότητα, γεγονός που περιπλέκει περισσότερο τα πράγματα. Για να κατανοήσουμε την ηλικία του σύμπαντος, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε την έννοια της ερυθράς μετατόπισης του φωτός που εκπέμπεται από μακρινούς γαλαξίες. Όπως το φαινόμενο Ντόπλερ στον ήχο, κατά το οποίο οι θόρυβοι από μια πηγή που πλησιάζει φαίνονται υψηλότεροι και εκείνοι από μια πηγή που απομακρύνεται χαμηλότεροι, έτσι και το φως υφίσταται μετατόπιση συχνοτήτων.

Σε αυτό το πλαίσιο, η μετατόπιση προς το ερυθρό δείχνει ότι ένα ουράνιο σώμα απομακρύνεται από εμάς. Όσο πιο μακρινός είναι ο γαλαξίας, τόσο πιο έντονη γίνεται αυτή η μετατόπιση προς το ερυθρό. Ιστορικά, μια θεωρία γνωστή ως αυτή του «κουρασμένου φωτός», υποστήριζε ότι το φως χάνει ενέργεια κατά τη διάρκεια των μακρινών κοσμικών ταξιδιών του, οδηγώντας στην ερυθρομετατόπιση. Ωστόσο, καθώς απέτυχε να εξηγήσει πολυάριθμες παρατηρήσεις η θεωρία αυτή απορρίφθηκε σε μεγάλο βαθμό. Η πραγματική αλλαγή στην κατανόηση της ερυθράς μετατόπισης ήταν η συνειδητοποίηση του ρόλου του φαινομένου Ντόπλερ σε αυτήν. Οι διακριτοί γαλαξίες που απομακρύνονταν από εμάς με ταχύτητες ευθέως ανάλογες με την απόστασή τους υποδήλωναν ένα σύμπαν που διαρκώς διαστέλλεται.

Πόσο χρονών είναι το σύμπαν;

Η κατανόηση αυτή εδραιώθηκε το 1964, όταν ο Άρνο Άλαν Πενζίας και ο Ρόμπερτ Γουίλσον ανακάλυψαν την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, μια ανακάλυψη που απαξίωσε ακόμη περισσότερο το μοντέλο της «σταθερής κατάστασης» και ανέδειξαν τη θεωρία του διαστελλόμενου σύμπαντος. Η ηλικία του σύμπαντος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον ρυθμό διαστολής του. Τα δεδομένα από την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble τη δεκαετία του 1990 έδωσαν εκτιμήσεις που κυμαίνονταν από 7 έως 20 δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ αργότερα ορίστηκε η ηλικία του στα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Προηγούμενες μελέτες που έχουν προσπαθήσει να αντιμετωπίσουν το αίνιγμα των «αδύνατων γαλαξιών» χρησιμοποιώντας το μοντέλο του «κουρασμένου φωτός», ήταν σε μεγάλο βαθμό ανεπιτυχείς, καθώς συχνά δεν κατάφεραν να εξηγήσουν άλλα κοσμικά φαινόμενα, όπως οι ερυθρές μετατοπίσεις των υπερκαινοφανών. «Προσπάθησα να παντρέψω το συμβατικό μοντέλο της μεγάλης έκρηξης με τη θεωρία του κουρασμένου φωτός, ελπίζοντας να εξηγήσω τόσο τους υπερκαινοφανείς όσο και τα δεδομένα του James Webb. Ενώ αυτό επέκτεινε την ηλικία του σύμπαντός μας στα 19,3 δισεκατομμύρια χρόνια, δεν μπορούσε να εξηγήσει πλήρως τα δεδομένα του James Webb», ανέφερε ο Rajendra Gupta από το Πανεπιστήμιο της Οτάβα.

Ωστόσο, ο συνδυασμός της θεωρίας του «κουρασμένου φωτός» με ένα εξελισσόμενο κοσμολογικό μοντέλο βασισμένο στις εξελισσόμενες σταθερές σύζευξης, που πρότεινε ο Βρετανός φυσικός Πολ Ντιράκ το 1937, έδωσε καλύτερα αποτελέσματα. Αυτό το νέο υβριδικό μοντέλο τόσο εξηγούσε τις παρατηρήσεις του James Webb όσο και ανέβασε την ηλικία του σύμπαντος στο εντυπωσιακό ποσό των 26,7 δισεκατομμυρίων ετών. Η τεχνική της ανάμειξης μοντέλων δεν είναι καινούργια. Ιστορικά, το φως θεωρούνταν ότι διαδίδεται ως σωματίδια, όπως πρότεινε ο Σερ Ισαάκ Νεύτων.

Η θεωρία αυτή διατηρήθηκε μέχρι τον 19ο αιώνα, όταν εμφανίστηκε η κυματική θεωρία του φωτός, η οποία εξηγούσε αποτελεσματικότερα τα πρότυπα περίθλασης. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν αναβίωσε αργότερα τη σωματιδιακή φύση του φωτός, αποκαλύπτοντας ότι το φως μπορεί να επιδεικνύει τόσο σωματιδιακά όσο και κυματικά χαρακτηριστικά. Σε μια άλλη προσέγγιση, η εκτίμηση της ηλικίας του σύμπαντος περιλαμβάνει την ανάλυση των παλαιότερων αστέρων στον γαλαξία μας, υποθέτοντας ότι όλοι οι γαλαξίες ξεκίνησαν τον σχηματισμό τους ταυτόχρονα.

Ωστόσο, ορισμένα αστέρια, όπως ο Μαθουσάλας, που πιστεύεται ότι είναι ο αρχαιότερος του γαλαξία, αψηφούν αυτό το ενδεχόμενο με την υπολογισμένη ηλικία τους να ξεπερνά τα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια που είναι παγκοσμίως αποδεκτή. Παρόλο που το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είχε ήδη υπαινιχθεί το αίνιγμα του «αδύνατου πρώιμου γαλαξία», η εκτόξευση του James Webb τον Δεκέμβριο του 2021 ενίσχυσε αυτούς τους ισχυρισμούς. Πολλοί στην αστρονομική κοινότητα έχουν προσπαθήσει να επιμείνουν στο μοντέλο της μεγάλης έκρηξης, επιχειρώντας εξηγήσεις που συμπυκνώνουν τα χρονοδιαγράμματα ή υποστηρίζουν την ταχεία συσσώρευση μάζας στις μαύρες τρύπες. Ωστόσο, το ρεύμα φαίνεται να αλλάζει.

Καθώς τα δεδομένα του James Webb συνεχίζουν να αμφισβητούν το κοσμολογικό status quo, η επιστημονική κοινότητα τείνει προς την υιοθέτηση της νέας φυσικής. Ενώ τα ευρήματα αυτά έχουν κλονίσει θεμελιώδεις πεποιθήσεις, υπόσχονται επίσης ένα μέλλον όπου η κατανόηση του σύμπαντος θα είναι βαθύτερη και πιο διαφοροποιημένη από ποτέ.

Με πληροφορίες από thebrighterside.news