В космологии уже много лет не совпадают два очень точных измерения. Одно описывает скорость расширения ранней Вселенной по реликтовому излучению, другое получают по наблюдениям за сравнительно близкими галактиками. Разница выглядит небольшой, но вокруг нее выросла одна из самых обсуждаемых проблем современной космологии, так называемое напряжение Хаббла. Международная группа исследователей предложила новый способ измерения и получила значение, которое заметно отличается от привычных локальных оценок.
Две статьи, опубликованные недавно, посвящены ближайшим к Млечному Пути группам галактик. В первой работе анализировали систему вокруг Центавра A, во второй — группу M81. Авторы одновременно оценивали массу этих структур и величину, известную как постоянная Хаббла, параметр, который показывает, насколько быстро увеличиваются расстояния между галактиками. В исследовании участвовал, в частности, Давид Бенисти из Лейбницовского института астрофизики в Потсдаме.
Постоянную Хаббла обычно выражают в километрах в секунду на мегапарсек. Один мегапарсек равен примерно 3,3 миллиона световых лет. По данным ранней Вселенной, которые извлекают из реликтового микроволнового фона, получается значение около 68 км/с на мегапарсек. Для более поздних эпох астрономы используют другой метод — расстояния до галактик определяют по вспышкам сверхновых. Такой подход дает более высокую величину, примерно 73 км/с на мегапарсек. Несовпадение этих двух результатов и называют напряжением Хаббла.
Новые исследования предлагают не отслеживать расширение напрямую через звездные взрывы, а анализировать движение галактик внутри их групп. В таких системах действуют две силы. Гравитация притягивает галактики и удерживает их в общей структуре. Космическое расширение, наоборот, стремится разнести объекты друг от друга. Наблюдаемая динамика возникает из равновесия между притяжением и растяжением пространства. По характеру движения можно одновременно оценить массу системы и скорость космического расширения.
Применение этого метода привело к неожиданному результату. Для обеих исследованных систем авторы получили постоянную Хаббла около 64 км/с на мегапарсек. Значение оказалось ниже привычных оценок, полученных по наблюдениям близких галактик. По мнению исследователей, хотя бы часть напряжения Хаббла может объясняться различиями в используемых наблюдениях и методах измерения.
Центавра A — одна из ближайших систем за пределами Местной группы, куда входит Млечный Путь. Долгое время считалось, что структура организована вокруг гигантской эллиптической галактики Центавр A, окруженной десятками спутников. Новый анализ показал более сложную конфигурацию. Расчеты указывают, что ключевую роль вместе с Центавром A играет галактика M83, образуя двойную систему. Такое представление позволило впервые оценить постоянную Хаббла для группы именно как для бинарной структуры и одновременно уточнить ее массу.
В центре системы M81 находятся две крупные галактики — сама M81 и M82. Расширенный набор наблюдений показал, что окружающие их объекты продолжают формировать плоскую структуру, о которой сообщали и предыдущие исследования. Однако геометрия оказалась более сложной. Внутренняя область размером меньше миллиона световых лет наклонена примерно на 34 градуса относительно окружающей среды. На расстоянии около десяти миллионов световых лет ориентация постепенно выравнивается и совпадает с более крупной листообразной структурой, которая протягивается вплоть до группы Центавра A.
В обеих системах распределение массы оказалось значительно проще, чем предполагалось раньше. По расчетам авторов, суммарная масса самых ярких галактик почти полностью объясняет гравитационное поведение всей группы. Движение окружающих объектов хорошо описывается взаимодействием гравитации самих галактик и космического расширения. Дополнительный вклад, который обычно приписывают общему гало темной материи, для объяснения наблюдений не понадобился.
В численных симуляциях галактические группы почти всегда помещают внутрь крупного гало темной материи, которое должно определять их динамику. Новые наблюдения показывают, что по крайней мере для систем Центавра A и M81 движение галактик можно объяснить и без дополнительной невидимой массы. Авторы подчеркивают, что речь не идет об отрицании существования темной материи, однако роль этого компонента в подобных структурах может оказаться меньше, чем предполагалось.
В дальнейшем команда собирается применить метод к более обширному космическому объему. Для этого понадобятся новые наблюдения далеких галактических систем, включая данные спектроскопического телескопа 4MOST. Если будущие измерения подтвердят результаты, астрономы смогут точнее разобраться с расширением Вселенной и уточнить, какое количество темной материи действительно требуется для описания структуры окружающей нас области Вселенной.