Tulos riippuu mittaustavasta
Hubblen vakio on maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden ilmaiseva arvo. Se voidaan määrittää supernovista tai taustasäteilyn vaihteluista, mutta mittaustulokset eivät käy yksiin.
Ajat autolla kaupungista toiseen ja haluat tietää, kuinka kaukana ne ovat toisistaan. Matkamittarin mukaan väli on 74 kilometriä, mutta karttapalvelu antaa etäisyydeksi 67,4 kilometriä. Mietit, mistä ero johtuu. Heittääkö auton matkamittari vai onko reitin määrityksessä tapahtunut jokin ratkaisevan tärkeä virhe?
Tähtitieteilijöitä askarruttaa nykyään samankaltainen ongelma. Se, mitä he yrittävät määrittää, ei ole kahden kaupungin välinen matka, vaan se nopeus, jolla universumi laajenee. Arvoksi on tarjolla kaksi eri vaihtoehtoa. Kummankin tuloksen takana olevat mittaukset on tarkastettu huolellisesti, eikä niistä ole löydetty virheitä. Erilaisia tuloksia ei voida kuitenkaan hyväksyä, kun tavoitteena on saada keskeiset teoriat maailmankaikkeuden sisällöstä ja kehityksestä pitämään kutinsa jatkossakin.
Tähtitieteessä vallitsee yksimielisyys siitä, että universumi laajenee ja samalla galaksit loittonevat toisistaan. Sen sijaan on epäselvää, mitä vauhtia galaksien välimatkat kasvavat. Tätä nopeutta kutsutaan Hubblen vakioksi, ja nimenomaan siitä tutkijat ovat erimielisiä. Kun Hubblen vakio tunnetaan, voidaan laskea ajassa taaksepäin, joten epäselvyys aiheuttaa epävarmuutta myös maailmankaikkeuden iästä.
Hubblen vakiota on vaikea määrittää tarkasti. Erilaiset mittaustavat ovat tuottaneet jatkuvasti hieman toisistaan poikkeavia tuloksia, mutta tutkijat uskovat, että paremmilla menetelmillä laajenemisnopeus saadaan vielä määritetyksi luotettavasti. Viime vuosina tähtitieteilijät ovat kehittäneet entistä tarkempia tutkimustapoja, mutta ne eivät ole kaventaneet vaihteluväliä. Ääriarvot 67,4 ja 74 kilometriä sekunnissa ovat niin kaukana toisistaan, että monet tähtitieteilijät pitävät ainoana mahdollisena selityksenä yhä liian vajavaisia tietoja maailmankaikkeuden sisällöstä ja voimista.
Kuolevat tähdet kertovat vauhdin
Yhdysvaltalainen nobelisti ja Johns Hopkinsin yliopiston professori Adam Riess on työskennellyt yli 20 vuotta Hubblen vakion parissa. Kun tietyntyyppiset suuret tähdet kuolevat supernovaräjähdyksenä, ne loistavat tunnusmerkillisesti. Ominaisuus mahdollistaa kaukaisten galaksien etäisyyden ja loittonemisnopeuden mittaamisen. Vuonna 2019 Riessin tutkimusryhmä määritti Hubblen vakioksi 74 kilometriä sekunnissa kahden galaksin välistä megaparsekia (Mpc) kohti. Megaparsek on pituusmitta, jolla ilmaistaan tähtitieteessä äärimmäisen suuret välimatkat. Se vastaa suunnilleen 31:tä miljardia miljardia kilometriä.
Mittaustulos ei ole sataprosenttisen varma, mutta Riess ja hänen kollegansa uskaltavat sanoa, että Hubblen vakio on 72,6–75,4 kilometriä sekunnissa megaparsekia kohti. Arvo on saanut tukea Sherry Suyun saksalaisessa astrofysiikan Max Planck instituutissa johtaman tähtitieteilijäryhmän tuloksista. Tutkimuksessa käytettiin supernovien sijasta kvasaareja eli voimakkaasti loistavia galaksikeskuksia ja päädyttiin lukuun 73,3 kilometriä sekunnissa megaparsekia kohti. Muut – epäluotettavammat – mittaukset
Koko maailmankaikkeus on kylpenyt miljardeja vuosia lämpösäteilyssä, joka on peräisin sen varhaislapsuudesta, eli kosmisessa taustasäteilyssä. Varhainen universumi oli polttavan kuuma aine- ja säteilyliemi. Se ei ollut kuitenkaan kauttaaltaan yhtä lämmin, vaan aineen tiheydessä ja lämpötilassa oli pientä vaihtelua. Vaikka kaikkeus on sittemmin laajentunut ja jäähtynyt, säteily, joka syntyi kaikkeuden ollessa noin 380 000 vuoden ikäinen, on yhä olemassa.
Planck-teleskooppi on mitannut alkuräjähdyksen jäännöslämpöä hyvin tarkasti. Nykyään universumin lämpötila on vain
–270,42 astetta eli 2,73 astetta enemmän kuin absoluuttinen nollapiste, mutta siinä on yhä pientä vaihtelua. Kosmisen taustasäteilyn erot vastaavat nuoren universumin vaihtelevia tiheyksiä, ja niitä koskevan tiedon ansiosta tähtitieteilijät pystyvät laskemaan, kuinka nopeasti maailmankaikkeus on laajentunut.