în acea dimineață de iulie, într-o cameră cu o vedere obstrucționată a Pacificului, Riess părea să aibă un al doilea Premiu Nobel în vizor. Printre cei 100 de experți din mulțime — invitați reprezentanți ai tuturor proiectelor cosmologice majore, alături de teoreticieni și alți specialiști interesați — nimeni nu a putut nega că șansele sale de succes s-au îmbunătățit dramatic vineri înainte.

înaintea Conferinței, o echipă de cosmologi autointitulându-se H0LiCOW a publicat noua lor măsurare a ratei de expansiune a universului. Prin lumina a șase quasari îndepărtați, H0LiCOW a raportat H0 la 73, 3 kilometri pe secundă pe megaparsec — semnificativ mai mare decât predicția lui Planck. Ceea ce a contat a fost cât de aproape a scăzut H0LiCOW 73.3 la măsurătorile H0 de către SH0ES — echipa condusă de Riess. SH0ES măsoară expansiunea cosmică folosind o „scară de distanță cosmică”, o metodă treptată de măsurare a distanțelor cosmologice. Cea mai recentă măsurare a lui SH0ES din martie a indicat H0 la 74.0, bine în limitele de eroare H0LiCOW lui.

„inima mea era zbuciumată”, mi-a spus Riess, despre privirea sa timpurie asupra rezultatului lui H0LiCOW cu două săptămâni înainte de Santa Barbara.timp de șase ani, echipa SH0ES a susținut că a găsit o discrepanță cu predicțiile bazate pe universul timpuriu. Acum, măsurătorile combinate SH0ES și H0LiCOW au depășit un prag statistic cunoscut sub numele de” cinci sigma”, care de obicei înseamnă o descoperire a unei noi fizici. Dacă Constanta Hubble nu este 67, ci de fapt 73 sau 74, atunci lui CENTICCDM îi lipsește ceva — un factor care accelerează expansiunea cosmică. Acest ingredient suplimentar adăugat la amestecul familiar de materie și energie ar produce o înțelegere mai bogată a cosmologiei decât oferă teoria destul de blandă a modelului.

în timpul discursului său, Riess a spus despre prăpastia dintre 67 și 73, „această diferență pare a fi robustă.”

„știu că am numit-o” tensiune constantă Hubble”, a adăugat el, ” dar ne este permis încă să numim asta o problemă?”

el a pus întrebarea colegului laureat al Premiului Nobel David Gross, un fizician de particule și fostul director al Institutului Kavli pentru Fizică Teoretică (KITP), unde a avut loc conferința.

„nu am numi-o tensiune sau problemă, ci mai degrabă o criză”, a spus Gross.

„atunci suntem în criză.”pentru cei care încearcă să înțeleagă cosmosul, o criză este șansa de a descoperi ceva mare. Lloyd Knox, membru al echipei Planck, a vorbit după Riess. „Poate că tensiunea constantă a lui Hubble este defalcarea incitantă a lui CENTICCDM pe care am așteptat-o cu toții sau mulți dintre noi am așteptat-o și am sperat-o”, a spus el.

Constanta Hubble Surd

când discuțiile s-au încheiat pentru ziua respectivă, mulți participanți s-au îngrămădit într-o dubă care se îndrepta spre hotel. Am trecut pe lângă palmieri cu oceanul în dreapta și Munții Santa Ynez în stânga îndepărtată. Wendy Freedman, un veteran Hubble constant decorat, cocoțat în al doilea rând. O femeie subțire și calmă de 62 de ani, Freedman a condus echipa care a făcut prima măsurare a H0 la o precizie de 10%, ajungând la un rezultat de 72 în 2001.

șoferul, un tânăr Californian cu barbă, a auzit despre problema Hubble și despre problema cum să o numim. În loc de tensiune, problemă sau criză, el a sugerat „surd”, adică lipsit de sens sau irațional. Hubble constant surd.

Freedman, cu toate acestea, părea mai puțin amețitor decât media conferencegoer despre discrepanța aparentă și nu era gata să o numească reală. „Avem mai mult de lucru”, a spus ea în liniște, aproape rostind cuvintele.

Freedman a petrecut decenii îmbunătățind măsurătorile H0 folosind metoda scării distanței cosmice. Pentru o lungă perioadă de timp, ea și — a calibrat treptele scării folosind stele cefeide-aceleași stele pulsante de luminozitate cunoscută pe care SH0ES le folosește și ca „lumânări standard” în scara sa de distanță cosmică. Dar se îngrijorează de surse necunoscute de eroare. „Știe unde sunt îngropate toate scheletele”, a spus Barry Madore, soțul cu mustăți albe al lui Freedman și colaborator apropiat, care s-a așezat în față lângă șofer.

Freedman a spus că de aceea ea, Madore și programul lor Carnegie-Chicago Hubble (Cchp) și-au propus în urmă cu câțiva ani să folosească stelele „vârful ramurii gigantului roșu” (Trgb) pentru a calibra o nouă scară de distanță cosmică. Trgb-urile sunt ceea ce stelele precum Soarele nostru se transformă pe scurt la sfârșitul vieții lor. Umflate și roșii, ele devin din ce în ce mai strălucitoare până când ating o luminozitate caracteristică de vârf cauzată de aprinderea bruscă a heliului în miezurile lor. Freedman, Madore și Myung Gyoon Lee au subliniat pentru prima dată în 1993 că acești giganți roșii de vârf pot servi drept lumânări standard. Acum Freedman i-a pus la treabă. În timp ce ne descărcam din Dubă, am întrebat-o despre discuția programată. „Este a doua discuție după prânz mâine”, a spus ea.

„fii acolo”, a spus Madore, cu o sclipire în ochi, în timp ce ne-am despărțit.

când am ajuns în camera mea de hotel și am verificat Twitter, am constatat că totul se schimbase. Freedman, Madore și hârtia echipei lor CCHP tocmai au scăzut. Folosind stele cu vârful gigantului roșu, au raportat Constanta Hubble la 69,8 — în special scurtă de măsurarea lui SH0ES ‘74,0 folosind cepheids și h0licow’ s 73.3 din quasari și mai mult de jumătate până la predicția 67.4 a lui Planck. „Universul se joacă cu noi în acest moment, nu?”un astrofizician a postat pe Twitter. Lucrurile au fost obtinerea surd.

Dan Scolnic, un tânăr membru cu ochelari al SH0ES cu sediul la Universitatea Duke, a spus că el, Riess și alți doi membri ai echipei s-au reunit, „încercând să-și dea seama ce era în ziar. Adam și cu mine am ieșit apoi la cină și am fost destul de nedumeriți, pentru că în ceea ce am văzut până acum, cefeidele și Trgb-urile erau într-un acord foarte bun.”

ei s — au apropiat curând de schimbarea cheie a hârtiei: un nou mod de măsurare a efectelor prafului atunci când măsoară luminozitatea intrinsecă a Trgb-urilor-prima treaptă a scării distanței cosmice. „Am avut o grămadă de întrebări despre această nouă metodă”, a spus Scolnic. Ca și alți participanți împrăștiați în Best Western Plus, au așteptat cu nerăbdare discuția lui Freedman a doua zi. Scolnic a scris pe Twitter: „mâine va fi interesant.”

pentru a construi o scară de distanță

tensiune, problemă, criză, surd — a existat o constantă Hubble ceva timp de 90 de ani, de când comploturile astronomului american Edwin Hubble despre distanțele și vitezele recesionale ale galaxiilor au arătat că spațiul și tot ce este în el se îndepărtează de noi (refuzul lui Hubble de a accepta această concluzie). Una dintre cele mai mari descoperiri cosmologice din toate timpurile, expansiunea cosmică implică faptul că universul are o epocă finită.

raportul dintre viteza de recesiune a unui obiect și distanța sa dă Constanta Hubble. Dar, în timp ce este ușor de spus cât de repede se retrage o stea sau o galaxie — doar măsurați schimbarea Doppler a frecvențelor sale, un efect similar cu o sirenă care cade în pas pe măsură ce ambulanța se îndepărtează — este mult mai greu de spus distanța unui vârf de lumină pe cerul nopții.Henrietta Leavitt, unul dintre „computerele” umane de la Harvard College Observatory, a descoperit în 1908 că stelele cefeide pulsează cu o frecvență proporțională cu luminozitatea lor. Cefeidele mari și strălucitoare pulsează mai încet decât cele mici, slabe (la fel cum un acordeon mare este mai greu de comprimat decât unul mic). Și astfel, din pulsațiile unui cefeid îndepărtat, puteți citi cât de luminos este intrinsec. Comparați asta cu cât de slabă apare steaua și puteți spune distanța ei — și distanța galaxiei în care se află.în anii 1920, Hubble a folosit cefeidele și Legea lui Leavitt pentru a deduce că Andromeda și alte „nebuloase spiralate” (așa cum erau cunoscute) sunt galaxii separate, mult dincolo de Calea Lactee. Acest lucru a dezvăluit pentru prima dată că Calea Lactee nu este întregul univers — că universul este, de fapt, inimaginabil de vast. Hubble a folosit apoi cefeide pentru a deduce distanțele față de galaxiile din apropiere, care, reprezentate în funcție de viteza lor, au dezvăluit expansiunea cosmică.

Hubble a supraestimat rata ca 500 de kilometri pe secundă pe megaparsec, dar numărul a scăzut pe măsură ce cosmologii au folosit cefeide pentru a calibra scări de distanță cosmică din ce în ce mai precise. Începând cu anii 1970, eminentul cosmolog observațional și Hubble prot. Rivalii săi au pretins o valoare în jur de 100, pe baza diferitelor observații astronomice. Dezbaterea vitriolică 50-versus-100 se dezlănțuia la începutul anilor ’80, când Freedman, un tânăr Canadian care lucra ca postdoc la observatoarele Carnegie din Pasadena, California, unde lucra și Sandage, și-a propus să îmbunătățească scările de distanță cosmică.

pentru a construi o scară de distanță, începeți prin calibrarea distanței până la stele cu luminozitate cunoscută, cum ar fi cefeidele. Aceste lumânări standard pot fi folosite pentru a măsura distanțele până la cefeidele mai slabe din galaxiile îndepărtate. Acest lucru oferă distanțele „supernovelor de tip 1A” din aceleași galaxii — explozii stelare previzibile care servesc la fel de luminoase, deși mai rare, lumânări standard. Apoi folosiți aceste supernove pentru a măsura distanțele până la sute de supernove mai îndepărtate, în galaxiile care se mișcă liber în curentul expansiunii cosmice, cunoscut sub numele de „fluxul Hubble.”Acestea sunt supernovele al căror raport de viteză la distanță dă H0.

dar, deși slăbiciunea unei lumânări standard ar trebui să-i spună distanța, praful întunecă și stelele, făcându-le să pară mai departe decât sunt. Aglomerarea de alte stele le poate face să pară mai strălucitoare (și astfel mai apropiate). Mai mult, chiar și presupusele stele cu lumânări standard au variații inerente datorate vârstei și metalicității care trebuie corectate. Freedman a conceput noi metode pentru a face față multor surse de eroare sistematică. Când a început să obțină valori H0 mai mari decât cele ale lui Sandage, el a devenit antagonist. „Pentru el, eram un tânăr parvenit”, mi-a spus ea în 2017. Cu toate acestea, în anii ‘ 90 a asamblat și a condus Proiectul Hubble Space Telescope Key, o misiune de a folosi noul telescop Hubble pentru a măsura distanțele față de cefeide și supernove cu o precizie mai mare decât oricând. Valoarea H0 de 72 pe care echipa ei a publicat-o în 2001 a împărțit diferența în dezbaterea 50-versus-100.

Freedman a fost numit director al observatoarelor Carnegie doi ani mai târziu, devenind șeful lui Sandage. Ea a fost grațioasă și el s-a înmuiat. Dar „până în ziua morții sale”, a spus ea, ” el credea că Constanta Hubble avea o valoare foarte mică.”

la câțiva ani după măsurarea lui Freedman de 72 până la o precizie de 10%, Riess, care este profesor la Universitatea Johns Hopkins, a intrat în jocul cosmic distance ladder, stabilind să prindă H0 în limita a 1%, în speranța de a înțelege mai bine energia întunecată pe care a co-descoperit-o. De atunci, echipa sa SH0ES a strâns constant treptele scării — în special prima și cea mai importantă: etapa de calibrare. După cum a spus Riess, ” cât de departe este ceva? După aceea, viața devine mai ușoară; măsurați lucruri relative.”SH0ES utilizează în prezent cinci moduri independente de măsurare a distanțelor față de calibratoarele lor cepheid. „Toți sunt de acord destul de bine și asta ne dă multă încredere”, a spus el. Pe măsură ce au colectat date și și-au îmbunătățit analiza, barele de eroare din jurul H0 s-au redus la 5% în 2009, apoi 3,3%, apoi 2,4%, apoi 1,9% din martie.între timp, din 2013, iterațiile din ce în ce mai precise ale echipei Planck ale hărții sale cosmice de fundal cu microunde i-au permis să extrapoleze valoarea pentru H0 tot mai precis. În analiza sa din 2018, Planck a constatat că H0 este de 67,4 cu o precizie de 1%. Cu Planck și SH0ES mai mult de „patru sigma” în afară, a apărut o nevoie disperată de măsurători independente.Tommaso Treu, unul dintre fondatorii H0LiCOW și profesor la Universitatea din California, Los Angeles, visase încă din timpul studenției sale la Pisa să măsoare Constanta Hubble folosind Cosmografia cu întârziere-o metodă care sare peste treptele scării distanței cosmice cu totul. În schimb, determinați direct Distanța față de quasari — centrele pâlpâitoare și strălucitoare ale galaxiilor îndepărtate — prin măsurarea minuțioasă a întârzierii dintre diferitele imagini ale unui quasar care se formează pe măsură ce lumina sa se îndoaie în jurul materiei care intervine.