Хотя мы этого не знаем, мы уже можем с высокой степенью точности определить, насколько быстро он ускоряется. То есть, с какой скоростью галактики, основные материальные структуры Вселенной, удаляются друг от друга.
Последовательность событий такова: когда в 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики, существование которых он сам обнаружил пятью годами ранее, удаляются друг от друга все быстрее и быстрее по мере увеличения расстояния, родилась современная наука о Вселенной. Его отправной точкой и основой была концепция Большого взрыва, который придал Вселенной динамику, позволившую ей расширяться.
Производной от этого открытия стало установление так называемой постоянной Хаббла. В ней говорится, что Вселенная расширяется, и поэтому каждый мегапарсек (Мпк) пространства каждую секунду увеличивается на определенную величину (мегапарсек равен одному миллиону парсеков, а парсек — пк — 3,26 световых года). Другими словами, постоянная Хаббла описывает скорость расширения Вселенной как функцию времени и позволяет нам рассчитать, насколько галактика, удаленная от нас на мегапарсек (3,3 миллиона световых лет), удаляется от нас каждую секунду. Однако точный расчет этого “сколько” - совсем не простая задача.
Первоначально эта постоянная была установлена очень высокой, на уровне нескольких сотен километров в секунду в мегапарсеке — этот результат был получен с помощью космического телескопа "Хаббл" в 1990-х годах. Позже было обнаружено, что это значение значительно ниже — то есть составляет несколько десятков километров в секунду.
Со временем, уже в нашем столетии, астрономы начали использовать более совершенные методы для определения постоянной Хаббла, которая является основным параметром наблюдательной астрономии, благодаря которому мы можем определить возраст, масштаб и размер Вселенной вокруг нас.
Существует несколько таких методов. Два основных - это подсчет константы благодаря наблюдениям за так называемыми цефеидами, то есть пульсирующими переменными звездами, которые мы обнаруживаем за пределами нашего Млечного Пути, например, в Большом Магеллановом облаке. Этот метод с большим успехом использовался учеными из Научного института Карнеги в Вашингтоне, работающими под руководством лауреата Нобелевской премии астрофизика Адама Рисса. Их результат определил, что постоянная Хаббла составляет 74 километра в секунду на мегапарсек.
Второй метод был использован исследователями после достижений зонда Планка, задачей которого было составить карту и изучить так называемое микроволновое фоновое излучение, то есть первый свет во Вселенной, который мы все еще можем видеть сегодня. Их расчеты, представленные в 2015 году, дали другое значение для постоянной Хаббла, а именно 66,93 км в секунду на мегапарсек.
Гравитационное линзирование и постоянная Хаббла еще точнее
В свою очередь, в 2017 году группа ученых, собранных в рамках международной исследовательской программы H0LiCOW, во главе с астрофизиком Шерри Сую из Института Макса Планка в Германии, с большой точностью — и довольно необычным методом — определила другое значение постоянной Хаббла. По их словам, это 71,9 км в секунду на мегапарсек с небольшим запасом в ту или иную сторону.
Интересно, что ученые использовали метод, называемый гравитационным линзированием чтобы определить постоянную Хаббла. Они наблюдали несколько изображений в линзе большой галактики или, можно сказать, умноженное изображение квазара, находящегося далеко за ней. Наблюдая несколько изображений одного и того же квазара, они увидели изменение его яркости, но не одновременно на каждом изображении, а с некоторой задержкой. Изменение активности квазара было замечено сначала на одном изображении квазара, затем на другом и на последующих изображениях, и это означает, что свет от каждого из этих изображений достиг наблюдателей в несколько разное время, то есть по другому пути.
Чтобы уточнить: все эти изображения на самом деле показывают один и тот же объект снова и снова — один и тот же квазар — и они создаются действием на него гравитационной линзы. И именно изучение задержек, с которыми отдельные изображения изменения активности квазаров достигали Земли, дало ученым возможность определить, насколько расширяется пространство наблюдаемой вселенной, и это позволило им, по сути, очень точно построить постоянную Хаббла.