Расстояние беды
Чтобы измерить, как быстро расширяется Вселенная прямо сейчас, ученым нужно объединить два бита информации: как быстро удаляются от нас удаляющиеся объекты и как далеко они находятся. Первый вариант относительно прост. Ученые ищут красное смещение, растяжение длин волн света, испускаемого объектом.
Измерять расстояния гораздо сложнее. Астрономы используют “стандартные свечи", небесные объекты, которые излучают последовательную, поддающуюся количественному измерению яркость, например, взрывы сверхновой разновидности, называемой типом 1А. как и в случае с реальной свечой, если яркость объекта известна, мы можем определить, насколько он удален, по тому, насколько он потускнел из-за расстояния.
Установка шкалы расстояний требует “лестницы расстояний", используя близлежащие объекты одинаковой яркости в качестве моста к сверхновым, находящимся дальше. В качестве одной из ступеней этой лестницы расстояний команда SH0ES использует звезды, известные как цефеиды, которые регулярно изменяются по светимости таким образом, что ученые могут оценить их общую яркость.
Чтобы проверить предыдущие результаты сверхновых, Фридман выбросил эту дистанционную лестницу. Вместо цефеид она и ее коллеги использовали звезды, называемые красными гигантами, которые на определенном этапе своей жизни достигают максимальной яркости, одинаковой для каждой звезды. По словам Фридмана, результат “полностью отличается от нуля”.
В хорошо рассчитанном, драматическом расцвете, который потряс собрание обычно невозмутимых исследователей, Фридман представила результаты своей команды в разговоре на второй день встречи, а также в исследовании, принятом в Астрофизическом журнале. Результат оказался прямо посередине между противоречивыми оценками от SH0ES и планка - 69,8 км/с / ПДК. Со спокойной твердостью Фридман отталкивает заявления о кризисе, говоря, что результат ее команды должен заставить исследователей сделать паузу.
Святая корова, H0LiCOW
Но даже когда откровение Фридмана ослабило аргументы в пользу кризиса, импульс к его объявлению уже нарастал. Всего за несколько дней до этой встречи коллаборация H0LiCOW опубликовала два исследования на тему: arXiv.org об измерении постоянной Хаббла на основе гравитационного линзирования квазаров-ярких источников света, питаемых сверхмассивной черной дырой в центре галактики.
Подобно линзе, массивные объекты могут искривлять путь света. Исследователи рассматривали квазары, которые были разделены на несколько изображений такими гравитационными линзами, что один квазар выглядел как два или более. Это явление похоже на удвоенное изображение рыбы, которое вы можете увидеть, когда она плавает рядом с углом аквариума.
Изучение того, как эти квазарные изображения мерцают, привело к постоянному Хабблу 73,3 км/с / ПДК, что подтверждает идею кризиса. “Похоже, что это более реально после нашего результата», -говорит космолог Джефф Чи-фан Чен из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Важно отметить, что исследователи делали свою работу "вслепую", то есть скрывали ответ от самих себя до тех пор, пока анализ не был завершен. Этот метод может предотвратить непреднамеренную тенденцию для анализаторов выравнивать свой результат с ранее измеренными значениями постоянной Хаббла. Несмотря на это ослепление, результат был похож на “Эхо” результата SH0ES, говорит Чэнь.
Тем временем астроном Марк Рид из Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики сообщил об измерении постоянной Хаббла, основанном на мегамазерах — облаках газа, вращающихся вокруг черной дыры и испускающих свет определенной длины волны, похожий на лазерный.
Кроме того, на совещании были представлены измерения, основанные на вариациях яркости галактики в пикселях изображения (76,5 км/с/ПДК), и еще один вариант метода сверхновых, в котором использовались звезды, называемые мирами, а не цефеидами или красными гигантами (73,6 км/с/ПДК).
Между тем, еще одна космологическая загадка все больше привлекает внимание, говорит Хендрик Хильдебрандт из Рурского университета Бохума в Германии. Есть намеки на расхождения в измерениях плотности материи во Вселенной, измеряемой параметром, известным как Сигма-8. Чтобы обнаружить это скопление, ученые исследуют небо в поисках слабой разновидности гравитационного линзирования, в котором галактики кажутся слегка выровненными друг с другом. Это линзирование может быть использовано для вывода о распределении массы во Вселенной. Но, подобно измерению постоянной Хаббла, это число, измеренное с помощью так называемого исследования килограмм-градуса, не согласуется с оценками, основанными на космическом микроволновом фоне.
"Напряжение Сигма-8 - это второй вопросительный знак, который у нас есть”, - говорит Хильдебрандт. Но это расхождение не столь существенно, отмечает он, и оно не было изучено так тщательно. - Она не такая уж зрелая, в литературе ее уже давно нет. Но и это, похоже, никуда не делось.”
Некоторые ученые задаются вопросом, есть ли какая-либо связь между этим возможным несоответствием и дилеммой скорости расширения. Если исследователи определят, что существует вторая потенциальная проблема с их пониманием Вселенной, это укрепит предположение, что что-то вообще не так.
Вселенная говорит?
Если эти расхождения нельзя списать на погрешность измерений, то потребуется новая теория, согласующаяся со всеми данными. Но ученые изо всех сил пытались найти связное объяснение. Почти любое изменение истории вселенной — например, добавление новых типов субатомных частиц-вступило бы в конфликт с другими измерениями, повергнув физику в хаос.
” У нас есть так много различных способов исследования Вселенной, что очень трудно придумать элегантную теорию, которая прошла бы все испытания, не создав новых напряжений", - говорит Диллон Брут из Пенсильванского университета.
Одно из возможных решений включает в себя добавление к таинственной темной энергии, которая вызывает ускорение расширения Вселенной. “Ранняя темная энергия " могла бы действовать в молодости Вселенной, изменяя расширение примерно в то время, когда был выпущен космический микроволновый фон, сообщили Пулин и его коллеги на встрече и в письмах Physical Review 7 июня.
И разногласия по поводу постоянной Хаббла имеют прецедент: оценка имеет историю запутанных результатов, говорит Лукас Макри из Техасского университета A&M в колледже Стейшн. В тех более ранних случаях " Вселенная пыталась сказать вам, что вы не имеете полной картины.” В одном случае, например, некоторые звезды казались старше возраста Вселенной. Решение в конечном итоге пришло в результате откровения о существовании темной энергии.
После нескольких дней обсуждения все доказательства были собраны. Организаторы попросили поднять руки: следует ли называть постоянные беды Хаббла напряженностью, проблемой или кризисом? Космологи, как оказалось, немного стеснялись выбрасывать то, что, как им казалось, они знали о Вселенной. Только небольшая часть рук поднялась для “кризиса."Доводы о том, что решение может быть найдено без обновления физики, казалось, имели решающее значение.
Тем не менее, если загадка постоянной Хаббла сохранится, это может означать, что Вселенная снова пытается заговорить.
