Ученые борются с разногласиями по поводу постоянной Хаббла
В комнате, расположенной в нескольких шагах от океана в Санта-Барбаре, астрономы и физики беспокойно ерзали на своих стульях. Солнце и морской бриз манили к себе, но ученые уединились, чтобы обсудить одно из самых больших затруднений в физике: как быстро расширяется Вселенная.
Оценки, основанные на взрывающихся звездах или сверхновых, предполагали, что Вселенная растет примерно на 10 процентов быстрее, чем показывает свет, испущенный сразу после Большого взрыва, примерно 13,8 миллиарда лет назад. Теперь же измерение, основанное на наблюдениях светящихся объектов, называемых квазарами, вывело проблему за пределы статистического критерия, известного как пять сигм, что означало, что к этой проблеме нужно относиться серьезно.
В передней части зала 15 июля два нобелевских лауреата-титана физики обсуждали соответствующий уровень тревоги. Космолог Адам Рисс из Института космических телескопов в Балтиморе задал вопрос теоретику физики элементарных частиц Дэвиду Гроссу: как бы физики элементарных частиц отнеслись к такому большому расхождению?
“Если бы мы обнаружили что-то подобное ... мы бы не назвали это напряженностью или проблемой, а скорее кризисом”, - сказал Гросс из Института теоретической физики Кавли при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.
Ученые на совещании сразу же приняли слово "кризис", чтобы описать разницу в оценках расширения. Но не все согласны с тем, что проблема действительно существует. В версии физиков о падении микрофона в тот вечер в интернете появилось исследование, бросающее вызов повествованию. Новая версия метода сверхновых обнаружила значение постоянной Хаббла, параметра, который количественно определяет расширение Вселенной, которое было согласовано с измерениями из ранней Вселенной. Итак-кризис или еще нет?
На карту поставлено многое, в том числе фундаментальное понимание учеными того, что содержит Вселенная и как она эволюционирует с течением времени. До сих пор теория, известная как стандартная космологическая модель, успешно объясняла широкий спектр космических наблюдений. Но расхождение в измерениях расширения Вселенной может означать, что сама модель должна быть радикально изменена.
Если тупик не может быть объяснен экспериментальной ошибкой, говорит физик-теоретик Вивиан Пулен из CNRS и Laboratoire Univers et Particules de Montpellier во Франции “ " это будет означать, что действительно существует нечто очень важное, чего мы не понимаем с самого начала Вселенной.- Если бы в зарождающемся космосе произошли неизвестные явления — например, другой тип темной энергии или новые субатомные частицы — - это могло бы изменить наше понимание того, как развивалась Вселенная, и, возможно, снова привести эти два измерения к согласию.
Расширяющаяся проблема
Один из методов измерения текущего расширения — Вселенной-это получение “детской картины " космоса и экстраполяция ее на сегодняшний день. Этот младенческий образ - космический микроволновый фон, свет, испущенный всего через 380 000 лет после Большого Взрыва. Чтобы перевести эту информацию в скорость расширения современной Вселенной, ученые используют стандартную космологическую модель, чтобы сделать прогноз.
Используя эту стратегию, ученые с помощью эксперимента планка подсчитали, что Вселенная расширяется со скоростью 67,4 километра в секунду на каждый мегапарсек, или около 3 миллионов световых лет, расстояния между объектами. Это число оставляет мало места для разногласий: экспериментальная погрешность составляет всего 0,5 км/с / ПДК.
Но измерения сверхновых показали большую скорость расширения-74,0 км/с/ПДК, с погрешностью 1,4 км/с / ПДК. Это оставляет необъяснимый разрыв между двумя оценками. Теперь " сообщество начало относиться к этой [проблеме] чрезвычайно серьезно”, - говорит космолог Дэниел Скольник из Университета Дьюка, который работает над проектом сверхновой, возглавляемым Риссом, под названием SH0ES.
Маловероятно, что экспериментальная ошибка в измерении планка могла бы объяснить это несоответствие: эта перспектива “не является возможным выходом из нашего нынешнего кризиса”, - сказал космолог Ллойд Нокс из Калифорнийского университета в Дэвисе на встрече. Кроме того, еще один метод, основанный на ранней Вселенной, измерение звуковых волн, известных как барионные акустические колебания, — в сочетании с другими измерениями — согласуется с результатом планка.
Поэтому беспокойство сосредоточилось на возможности того, что измерения сверхновых содержат неучтенные систематические ошибки-смещения, которые подталкивают оценку SH0ES к большему значению. “Что не дает мне спать по ночам, так это то, о какой систематике мы можем не знать, когда применяем только один метод? - говорит космолог Венди Фридман из Чикагского университета.
Фридман взяла это на себя, чтобы проверить.
