Астрономы использовали космические телескопы Джеймса Уэбба и Хаббла, чтобы подтвердить одну из самых тревожных загадок во всей физике — что вселенная, по-видимому, расширяется с поразительно разными скоростями в зависимости от того, куда мы смотрим.
7 минут на чтение 20.05.2024 г.
Эта проблема, известная как напряженность Хаббла, потенциально может изменить космологию или даже перевернуть ее с ног на голову. В 2019 году измерения, проведенные космическим телескопом Хаббла, подтвердили реальность загадки; в 2023 году еще более точные измерения, проведенные космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), закрепили несоответствие.
Теперь, тройная проверка, проведенная обоими телескопами, работающими вместе, похоже, навсегда устранила возможность любой ошибки в измерениях. Исследование, опубликованное 6 февраля в Astrophysical Journal Letters, предполагает, что с нашим пониманием Вселенной может быть что-то серьезно не так.
"Теперь, когда ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную", - сказал в заявлении ведущий автор исследования Адам Рисс, профессор физики и астрономии Университета Джона Хопкинса.
Райсс, Сол Перлмуттер и Брайан П. Шмидт получили Нобелевскую премию по физике 2011 года за открытие в 1998 году темной энергии, таинственной силы, стоящей за ускоряющимся расширением Вселенной.
В настоящее время существуют два метода "золотого стандарта" для определения постоянной Хаббла, величины, которая описывает скорость расширения Вселенной. Первый предполагает изучение крошечных колебаний космического микроволнового фона (CMB) — древнего реликта первого света Вселенной, возникшего всего через 380 000 лет после Большого взрыва.
В период с 2009 по 2013 год астрономы нанесли на карту этот микроволновый туман, используя спутник Планк Европейского космического агентства, чтобы вывести постоянную Хаббла, равную примерно 46 200 миль в час на миллион световых лет, или примерно 67 километров в секунду на мегапарсек (км / с / Мпк).
Во втором методе используются пульсирующие звезды, называемые переменными цефеидами. Звезды-цефеиды умирают, и их внешние слои газообразного гелия растут и сжимаются по мере поглощения и высвобождения излучения звезды, заставляя их периодически мерцать, как далекие сигнальные лампы.
По мере того, как Цефеиды становятся ярче, они пульсируют медленнее, что дает астрономам возможность измерить их абсолютную яркость. Сравнивая эту яркость с их наблюдаемой яркостью, астрономы могут выстроить цефеиды в "лестницу космических расстояний", чтобы заглянуть еще глубже в прошлое Вселенной. Используя эту лестницу, астрономы могут определить точную величину ее расширения, исходя из того, насколько свет Цефеид был растянут или смещен в красный цвет.
Но именно здесь начинается тайна. Согласно измерениям переменной Цефеиды, проведенным Риссом и его коллегами, скорость расширения Вселенной составляет около 74 км / с / Мпк: невероятно высокое значение по сравнению с измерениями Планка. Космологию забросили на неизведанную территорию.
"Мы бы назвали это не напряженностью или проблемой, а скорее кризисом", - сказал астроном, получивший Нобелевскую премию, Дэвид Гросс, на конференции 2019 года в Институте теоретической физики Кавли (KITP) в Калифорнии.
Первоначально некоторые ученые думали, что несоответствие может быть результатом ошибки измерения, вызванной смешением цефеид с другими звездами в апертуре Хаббла. Но в 2023 году исследователи использовали более точный JWST, чтобы подтвердить, что на первых нескольких "ступенях" космической лестницы их измерения Хаббла были правильными. Тем не менее, возможность углубления в прошлое Вселенной оставалась.
Чтобы решить эту проблему, Рисс и его коллеги, основываясь на своих предыдущих измерениях, наблюдали еще 1000 звезд-цефеид в пяти галактиках, удаленных от Земли на 130 миллионов световых лет. Сравнив свои данные с данными Хаббла, астрономы подтвердили свои прошлые измерения постоянной Хаббла.
"Теперь мы охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и мы можем исключить ошибку измерения как причину напряженности Хаббла с очень высокой степенью уверенности", - сказал Рисс. "Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаруживаем, что измерения Хаббла остаются надежными по мере того, как мы поднимаемся все выше по лестнице космических расстояний ".
