Группа астрономов с помощью космического телескопа Хаббл обнаружила, что Вселенная расширяется на 5-9% быстрее, чем считалось ранее.
По словам Адама Рисса, руководителя исследовательской группы и лауреата Нобелевской премии, это открытие может помочь понять, в частности, темная материя или темная энергия. Существует несколько объяснений сверхскорости Вселенной. Одна из возможностей состоит в том, что темная энергия, которая, как известно, ускоряет расширение Вселенной, также может заставлять галактики отталкиваться друг от друга с еще большей или большей интенсивностью.
Другая идея ученых заключается в том, что космос на ранних этапах своего существования содержал частицу, которая двигалась со скоростью света. Такие быстрые частицы называются «темным излучением» и включают ранее известные нейтрино.
Увеличение скорости расширения также может означать, что темная материя обладает какими-то странными, неизвестными характеристиками. Темная материя — это основа Вселенной, на которой построены галактики, вплоть до крупномасштабных структур, которые мы видим сегодня. И, наконец, этот факт может быть информацией о том, что теория гравитации Эйнштейна неполна. Команда Рисса усовершенствовала метод наблюдения, разработав инновационные методы, которые повысили точность измерения расстояния до далеких галактик с ошибкой всего 2,4%.
Эти измерения необходимы для более точного расчета того, насколько быстро Вселенная расширялась с течением времени, а именно постоянной Хаббла. Исправленное значение постоянной Хаббла составляет 73,2 км в секунду на мегапарсек (1 мегапарсек = 3,26 миллиона световых лет). Новое значение означает, что расстояние между космическими объектами удвоится в следующие 9,8 миллиарда лет.
Эта тонкая калибровка таит в себе загадку, поскольку предсказанная скорость расширения Вселенной не полностью соответствовала ее траектории сразу после Большого взрыва. Измерения излучения после Большого взрыва, проведенные спутниками НАСА (WMAP) и ЕКА (Planck), дали прогнозы для постоянной Хаббла, равной 5% и 9% соответственно. Сравнение скорости расширения Вселенной по данным WMAP, Planck и HST похоже на строительство моста. На дальнем берегу проводятся наблюдения за космическим микроволновым фоновым излучением ранней Вселенной. На соседнем берегу проводятся измерения, сделанные астрономами с помощью телескопа Хаббл. Ожидается, что измерения и наблюдения совпадут. Однако в настоящее время это не так, и астрономы хотят знать, почему.
Наблюдения Хаббла проводились командой Supernovae H0 for the Equation of State (SH0ES), задачей которой является определение постоянной Хаббла с точностью, которая позволит лучше понять поведение Вселенной. Команда Рисса внесла улучшения, улучшив «лестницу» космических расстояний, которую астрономы используют для точных измерений расстояний до галактик, близких и далеких от Земли. Команда сравнила эти расстояния со скоростью расширения Вселенной, измеряя свет от убегающих галактик. Они использовали оба значения для расчета постоянной Хаббла,
Одними из самых надежных космических измерителей на малых расстояниях являются цефеиды, пульсирующие переменные звезды. Астрономы откалибровали эту меру, используя метод параллакса, тот же метод, который используют геодезисты для измерения расстояний на Земле. Используя широкоугольную камеру 3 (WFC3) от Хаббла, астрономы могут проводить гораздо более дальние измерения параллакса, чем это было возможно раньше, вплоть до другой стороны Млечного Пути, до далеких цефеид.
Чтобы рассчитать точное расстояние до ближайших галактик, команда искала галактики, которые содержали не только цефеиды, но и другие надежные измерения, такие как сверхновые типа Ia. На сегодняшний день группа Рисса измерила около 2400 цефеид в 19 галактиках, что является самым большим набором измерений за пределами Млечного Пути. Сравнив видимую яркость обоих типов звезд в близлежащих галактиках, астрономы смогли точно измерить их истинную яркость и, таким образом, точно определить расстояние примерно до 300 сверхновых типа Ia в далеких галактиках.
Команда SH0ES продолжает использовать телескоп Хаббла для измерения постоянной Хаббла с точностью до 1%. В настоящее время такие телескопы, как спутник Gaia, будущий космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), а также инфракрасная обсерватория и широкоугольный инфракрасный космический телескоп (WFIST), также могут помочь астрономам точнее измерить скорость расширения.