«Gaia» показал, что Вселенная расширяется быстрее, чем принято считать. Новейшая оценка постоянной Хаббла на 9 процентов отличается от ее значения, полученного из наблюдений реликтового излучения.
Последние данные спутника ESA «Gaia» показали, что Вселенная расширяется на 9 процентов быстрее, чем принято считать, и ученые пока не знают почему. Несоответствие является значительным и проблематичным, поскольку эта скорость рассматривается как наиболее фундаментальное число в космологии.
«То, что Вселенная расширяется, на самом деле является одним из важнейших и основных ее свойств. Оно позволяет нам определить состав, возраст и дальнейшую судьбу Вселенной. И все это завязано на постоянной Хаббла», – рассказывает Адам Рисс из Института исследований космоса с помощью космического телескопа (США).
В общем понимании расширяющейся Вселенной, чем дальше звезда или галактика, тем быстрее она от нас убегает. Постоянная Хаббла, предложенная Эдвином Хабблом в 1920-х годах, отвечает на вопрос: насколько?
Одним из подходов к измерению этой скорости является наблюдение за красным смещением ярких сверхновых типа Ia, свет которых растягивается по мере того, как пространство, которое он преодолевает, расширяется. Однако главная проблема заключается в определении точного расстояния до этих звезд.
Адам Рисс, который получил Нобелевскую премию по физике в 2011 году за доказательство ускоренного расширения Вселенной, является частью команды, занимающейся разработкой сверхточных методов измерения расстояний. В 2016 году, используя космический телескоп «Hubble» для вычисления расстояний до галактик по светимости наблюдающихся в них цефеид (класс пульсирующих переменных звезд с довольно точной зависимостью период-светимость), они получили значение постоянной Хаббла примерно в 73 километра в секунду на мегапарсек, что больше константы, выведенной из наблюдений реликтового излучения и равной 67 километров в секунду на мегапарсек.
Расхождение означает, что с каждым последующим мегапарсеком (3,3 миллиона световых лет) скорость убегания галактик от нас увеличивается на 73 километра в секунду, а не на 67. Проблема в том, что это значение учитывается в моделях, описывающих возраст и состав Вселенной, а также фундаментальные законы физики.
До недавнего времени ученые считали, что по мере того, как измерения станут более точными, эта несогласованность уйдет, но вместо этого разница подтвердилась, и последние вычисления, основанные на данных второго релиза «Gaia», вновь дали значение 73 километра в секунду на мегапарсек с погрешностью в два процента. Эта оценка сильно противоречит значению константы Хаббла, полученному спутником ESA «Planck» в результате наблюдений за расширением Вселенной через 378 000 лет после Большого взрыва.
«Если это будет продолжаться, то в итоге мы придем к новой физике во Вселенной», – пояснил Адам Рисс.
Сейчас у ученых нет ответа на вопрос, почему значения постоянной Хаббла не совпадают при ее вычислении двумя разными способами. Одно из предложений заключается в том, что темная энергия, которая, как считается, ускоряет расширение Вселенной, становится все более сильной. Однако непонятно, почему это происходит. Поскольку пространство растягивается, стоило бы ожидать обратного эффекта. Другая возможность состоит в том, что четвертое, еще не наблюдаемое «стерильное» нейтрино, искажает вычисления. Темная материя также может быть виновником расхождения, если окажется, что она сильнее взаимодействует с нормальной материей, чем прогнозируют текущие модели.
Разрешить этот спор, по мнению ученых, помогут наблюдения гравитационных волн, которые позволят вычислить постоянную Хаббла новым, независимым способом.