Atunci cand se realizeaza masurarea expansiunii spatiului, astronomii iau in considerare faptul ca vad modul in care galaxiile s-au deplasat in trecut? Sa incepem cu notiunile de baza. Universul nostru se extinde. De unde stim acest lucru? De-a lungul deceniilor, astronomii au adunat observatii care sugereaza ca alte galaxii par sa se indeparteze de Calea Lactee si unele de altele, la viteze fantastice. Exista unele mici abateri de la acest model, insa daca ar fi sa facem un pas in spate si sa privim universul ca pe un intreg, sentimental general ar fi ca galaxiile se indeparteaza rapid una de cealalta, galaxiile cele mai indepartate deplasandu-se in mod proportional mai repede – o paradigma cunoscuta sub numele de legea lui Hubble.
Cum ar arata universul din acest punct de vedere? O analogie buna a universului in expansiune ne este oferita de Martin Gardner, un scriitor in domeniul matematicii si stiintei. Imaginati-va o bucata uriasa de aluat, in care sunt incorporate cateva stafide – aluatul reprezinta spatiul, iar stafidele reprezinta galaxiile. Daca cineva baga aluatul intr-un cuptor, acesta se va extinde sau, mai precis, se va intinde, pastrand aceleasi proportii pe care le-a avut inainte, insa distantele dintre stafide crescand tot mai mult pe masura trecerii timpului.
Masurarea vitezei expansiunii universului
Pentru a masura cat de repede are loc aceasta expansiune, astronomii utilizeaza ceva numit “constanta Hubble”. Valoarea masurata a constantei Hubble poate fi scrisa in mai multe moduri, insa cel mai usor este sa o scriem ca 0,007% pe un milion de ani. Acest lucru inseamna ca la fiecare un milion de ani, distantele dintre galaxii se intind cu aproximativ 0,007%. Deci, ce ne spune acest numar de fapt? In primul rand ne spune ca universul este foarte batran. Daca ne-am intoarce in timp, in urma cu un milion de ani, universul ar arata cam la fel ca acum. Atata timp cat ramanem la masurarea galaxiilor aflate la, sa zicem, o suta de milioane de ani lumina distanta de Calea Lactee, puteti fi siguri ca universul nu se va fi schimbat foarte mult in perioada de timp care i-a trebuit luminii sa calatoreasca de la acele galaxii pana la noi.
Dar ce se intampla daca masuram o galaxie aflata la cateva miliarde de ani lumina distanta? In acest caz, universul s-a schimbat in mod semnificativ in perioada de timp care i-a trebuit luminii sa ajunga de acolo pana la noi.
Astronomii nu mai masoara legea lui Hubble pentru aceste galaxii din cauza unei serii intregi de probleme – daca am incerca sa masuram distanta pana la una din aceste galaxii, ce distanta am obtine? Distanta de cand a fost emisa lumina sau distanta pe care a parcurs-o lumina pentru a ajunge pana la noi (care ar include o anumita distanta in plus, deoarece universul s-a extins in timp ce lumina se deplasa prin acesta)? Sau am masura distanta la care se afla acum galaxia, care este cea mai mare dintre toate distantele anterioare? Probleme similare exista si in cazul vitezei – constanta Hubble se schimba odata cu timpul si, in functie de modul in care se schimba, galaxiile individuale ar putea accelera sau incetini. Deci, cand vorbim despre viteza, vorbim despre viteza de cand a fost emisa lumina, viteza de acum sau ceva aflat intre cele doua? Pe scurt, totul este o mare incurcatura.
Deplasarea spre rosu si luminozitatea
Aceste probleme pot fi ocolite daca uitam de distanta si lumina si ne concentram pe proprietatile pe care astronomii le pot masura direct. Un lucru pe care astronomii chiar il pot masura este deplasarea spre rosu – pe masura ce lumina calatoreste prin universul aflat in expansiune, aceasta este intinsa de acelasi factor care afecteaza si universul, determinand cresterea lungimii sale de unda. Deoarece lumina rosie are lungimi de unda mai lungi decat lumina albastra, acest lucru inseamna ca nuanta luminii se va deplasa mai mult catre capatul rosu al spectrului. In loc de distanta, astronomii observa obiecte puternice din interiorul galaxiilor (de obicei, supernovele de tip Ia) si masoara luminozitatea acestora. Acest lucru este ca si cum am lua un bec de 60 de wati si l-am muta la distante tot mai indepartate. Atata timp cat suntem siguri ca becul ramane la 60 de wati, stim ca acesta se va afla tot mai departe pe masura ce lumina sa este tot mai palida.
Deplasarea spre rosu si luminozitatea pot fi mai putin intuitive decat viteza si distanta, dar cel putin acestea sunt definite cu precizie. Ele sunt de asemenea foarte utile. La fel cum un bucatar amator si-ar putea da seama care este reteta painii cu stafide a unui restaurant prin coacerea propriei sale paini si gustarea rezultatului, astronomii pot determina expansiunea universului prin generarea unor modele teoretice pentru relatia dintre deplasarea spre rosu si luminozitate, in functie de diverse scenarii ( in special, permitand constantei Hubble sa evolueze cu timpul, in moduri diferite). Rezultatele obtinute de-a lungul ultimelor decenii favorizeaza in mod clar modelele in care galaxiile individuale accelereaza – cu alte cuvinte, un univers care accelereaza.
