Два независимых измерения расширения Вселенной пока были несовместимы. Выдвинутая теория, похоже, позволяет преодолеть этот разрыв
Главной новостью в космологии на протяжении нескольких лет является растущее свидетельство того, что Вселенная расширяется быстрее, чем ожидалось. Когда космологи экстраполируют данные из ранней Вселенной, чтобы предсказать, какой должна быть Вселенная сейчас, они предсказывают относительно медленную скорость космического расширения. Когда они непосредственно измеряют скорость, с которой астрономические объекты отрываются от нас, они обнаруживают, что космос расширяется примерно на 9% быстрее, чем прогнозируется. Несоответствие может означать, что в нашем понимании космоса чего-то очень сильно не хватает.
Вопрос достиг апогея еще в 2019 году. В марте 2019 г. основная группа учёных, измеряющая космическую экспансию, опубликовала свой обновленный анализ, вновь придя к темпам экспансии, которые намного превосходят ожидания. Затем, в июле 2019 года, новое измерение космического расширения с использованием объектов, называемых квазарами, в сочетании с другим измерением, преодолело "пять сигм" - статистический уровень, который физики обычно рассматривают как стандарт доказательства неучтенного физического эффекта. В этом случае космологи говорят, что может существовать какой-то дополнительный космический ингредиент, который ускоряет вселенную. Еще один помимо темной материи, темной энергии и всего остального, что они уже включают в свои уравнения.
Но это если измерения правильны. Новая линия доказательства, впервые объявленная летом 2019 года, предполагает, что космический темп расширения может оказаться намного ближе к скорости, предсказанной ранними измерениями вселенной и стандартной теорией космологии.
Венди Фридман, дипломированный космолог Чикагского университета и обсерваторий Карнеги, измеряла скорость расширения, известную как константа Хаббла, с помощью звезд, которые она считает более чистыми зондами расширения, чем другие объекты. Используя эти "звезды красной гигантской ветви" (TRGB), она и ее команда достигли значительно более низкой скорости Хаббла, чем другие наблюдатели.
Хотя Фридман известна своей тщательной и инновационной работой, некоторые исследователи отказались от ее методов после того, как она представила результат летом 2019 года. Они утверждали, что для части своего анализа ее команда использовала устаревшие данные и незнакомый метод калибровки. Критики считали, что если бы команда Фридман использовала более новые данные, то их скорость Хаббла увеличилась бы и соответствовала бы другим астрономическим зондам.
Этого не произошло. В статье, опубликованной в Интернете 5 февраля 2020 года и принятой к публикации в The Astrophysical Journal, команда Фридман подробно описала свой анализ TRGB-звезд, обобщила результаты проверки их согласованности и ответила на критические замечания. В этой статье сообщается о еще более медленных космических темпах роста, чем летом прошлого года, что несколько ближе к темпам роста в ранней разновидности. Более свежие данные, которые, по мнению критиков, увеличат ценность "Хаббла" имели обратный эффект.
Проблема с пылью
Вопрос о том, расширяется ли Вселенная быстрее, чем ожидалось, впервые возник в 2013 году, когда спутник Planck точно идентифицировал некоторые микроволны, идущие со всех сторон в небе. Микроволны показали детальный снимок ранней вселенной, из которого команда Планка могла бы вывести точные ингредиенты космоса, такие как количество темной материи. Подключение этих ингредиентов к гравитационным уравнениям Альберта Эйнштейна позволило ученым вычислить ожидаемую на сегодняшний день скорость расширения космоса, которая после окончательного, полного анализа Планка составила 67,4 километра в секунду на мегапарсек, плюс-минус 1%. То есть, когда мы смотрим в космос, мы должны видеть астрономические объекты, отступающие от нас на 67.4 километра в секунду быстрее с каждым мегапарсеком расстояния. Точно так же, как точки на раздувающемся шаре отделяются тем быстрее, чем дальше они находятся друг от друга.
Но Адам Рисс, космолог из Университета Джона Хопкинса и лауреат Нобелевской премии, также занимающийся поиском темной энергии, в течение нескольких лет получал более высокое значение в прямых измерениях скорости космического расширения. Тенденция продолжилась; согласно последнему анализу, проведенному в марте прошлого года, команда Рисса установила константу Хаббла на уровне 74 километров в секунду на мегапарсек, что на 9% выше, чем показатель 67,4, экстраполированный из ранней Вселенной.
Часть 2