Космическая загадка, представляющая собой один из самых важных нерешенных вопросов в физике, наконец-то может быть решена. Долгое время два основных метода измерения скорости расширения Вселенной выдавали разные результаты, но теперь похоже ученым удалось решить эту проблему.
Чем дальше галактики расположены от Земли, тем быстрее они от нас удаляются. ESA/Hubble & NASA
Ученые считают, что им удалось раскрыть одну из самых больших загадок космоса. Скорость расширения Вселенной, измеряемая постоянной Хаббла, была одной из наиболее обсуждаемых величин в космологии на протяжении многих лет, и, похоже, ученые наконец-то вплотную приблизились к ее разгадке.
Скорость расширения Вселенной измеряется параметром, называемым постоянной Хаббла. В течение многих лет между двумя способами ее измерения существовали несоответствия. Поэтому некоторые космологи считали, что мы чего-то не понимаем в устройстве нашей Вселенной - возможно, природы темной энергии или неизвестного поля.
Первый способ измерения постоянной Хаббла основан на крошечных флуктуациях в космическом микроволновом фоне (CMB) - реликтовом свете, оставшемся после Большого взрыва. Эти флуктуации можно использовать вместе с наиболее совершенной моделью космоса для расчета ожидаемой текущей скорости расширения Вселенной. В соответствии с методом CMB постоянная Хаббла составляет 67 километров в секунду на мегапарсек. Это означает, что скорость расширения Вселенной увеличивается на 67 км/с на каждый мегапарсек расстояния от Земли (1 мегапарсек равен примерно 3,26 миллиона световых лет).
Другой метод основан на построении точной шкалы расстояний. Согласно этой методике для измерения расширения относительно близкой к нам области Вселенной используются разноудаленные от Земли космические объекты. Как правило к таким объектами относятся звезды-цефеиды и сверхновые типа Ia. Как правило к таким объектами относятся звезды типа Цефеид и сверхновые типа Ia. Такие типы звезд обладают чрезвычайно стабильной абсолютной светимостью. Ее можно сравнить с их видимой яркостью и определить, на каком удалении от нас они расположены. Этот метод показывает, что скорость расширения Вселенной составляет 73 километра в секунду на мегапарсек. Несогласованность между двумя измерениями называется напряженностью Хаббла.
"Меня в шкале расстояний очень беспокоило то, что, когда у вас есть только один метод, вы не можете определить, каковы систематические погрешности этого подхода", - говорит Венди Фридман (Wendy Freedman) из Чикагского университета.
Мультивселенная может быть намного, намного больше и сложнее, чем мы можем себе представить
Теперь благодаря инструментам космической обсерватории имени Джеймса Уэбба (JWST) Фридман и ее коллеги добавили к локальной шкале расстояний еще два метода. Астрофизики исследовали два других типа звезд - углеродные звезды. К ним относится поздний вид обычных красных гигантов, и иногда красных карликов. Каждый из таких типов звезд обладает предсказуемой светимостью, зависимой от массы.
Кроме того, они наблюдали большое количество цефеид с JWST, а затем повторно проанализировали все архивные данные с космического телескопа "Хаббл", которые ранее использовались для измерения локальной шкалы расстояний.
Используя эту более точную шкалу расстояний, они рассчитали постоянную Хаббла, равную примерно 69 (км/сек)/Мпк, что согласуется с данными измерений CMB. "Разница между постоянной Хаббла в 73 и 69 - невелика, но такие вещи очень важно понимать правильно", - говорит Фридман.
Ученые рассказали об этой работе на встрече Американского физического общества в Калифорнии 6 апреля. "Эти гораздо более точные данные вовсе не говорят о том, что нам действительно нужна новая физика", - говорит Фридман. "Мы наконец-то пришли к единому мнению — это действительно очень здорово".
Впрочем, не все астрофизики согласны с тем, что проблема близка к разрешению. "Если хаббловское напряжение исчезнет, это будет очень важно. Это означало бы, что наш "сквозной" тест космологии наконец-то пройден", - говорит Дэниел Сколник из Университета Дьюка в Северной Каролине. "Однако... это не похоже на то состояние, в котором мы сейчас находимся". Он отмечает, что количество галактик, наблюдаемых с помощью JWST, относительно невелико, и что другие группы ученых, основываясь на данных JWST, пришли к более высоким значениям постоянной Хаббла, а не к более низким, как показала команда Фридман.
Адам Рисс из Университета Джонса Хопкинса в Мэриленде, руководитель одной из таких групп, также настроен скептически. "Я не верю, что напряженность Хаббла изменилась, но я знаю, что существует разница в способах анализа сверхновых... которая и приводит к разнице в постоянной Хаббла", - говорит он. "Я не думаю, что было бы правильно и корректно определять размер напряженности по самому низкому (или самому высокому) показателю".
Hubble Space Telescope images of galaxies observed as part of another study. ESA
"Эти значения довольно близки друг к другу", - говорит Роки Колб из Чикагского университета. "Я подозреваю, что одна из групп недостаточно тщательно учитывает свои погрешности... Я не вижу разумного объяснения для преодоления этого противоречия".
По словам Ллойда Нокса из Калифорнийского университета в Дэвисе, современные космологические модели трудно "примирить" с более высоким показателем постоянной Хаббла, обнаруженным в предыдущих измерениях локальной шкалы расстояний. "Результаты нового исследования показались мне большим шагом на пути к решению этой проблемы", - говорит он.
Фридман и ее коллеги еще не завершили расчет погрешностей своего измерения. Фридман и ее коллеги еще не закончили подсчет неопределенностей своего измерения. На данный момент, хотя оно склоняется к совпадению с хаббловской постоянной CMB, оно не противоречит предыдущим локальным измерениям. По словам Фридмана, потребуется провести больше исследований с использованием большего количества методов, чтобы в конце концов покончить с напряженностью Хаббла. "Вы думаете, это конец напряженности? Ничто не умирает так просто", - говорит эксперт. "Но результаты этих исследований указывают, что мы на верном пути".
