|
Загадка космологии - проблема напряжения Хаббла
|
|
|
|
Возможно, величайшая и наиболее разочаровывающая загадка космологии — это проблема напряжения Хаббла. Проще говоря, все имеющиеся у нас наблюдательные данные указывают на Вселенную, которая начиналась в горячем и плотном состоянии, а затем расширялась со все возрастающей скоростью и стала той Вселенной, которую мы видим сегодня. Все измерения этого расширения согласуются с этим, но в чем они не согласны, так это в том, какова именно эта скорость. Мы можем измерить расширение множеством разных способов, и, хотя они находятся на одном и том же уровне, их неопределенности теперь настолько малы, что они не перекрываются. Не существует значения параметра Хаббла, которое попадало бы в пределы неопределенности всех измерений, отсюда и проблема. Конечно, большая часть результатов зависит от длинной цепочки результатов наблюдений. Например, когда мы измеряем космическое расширение с помощью далеких сверхновых, результат зависит от полученных расстояний до этих сверхновых, найденных с помощью лестницы космических расстояний, где все большие расстояния определяются на основе расстояния до более близких объектов.
|
|
|
|
Итак, по параллаксу мы измеряем расстояния до ближайших звезд, используем это для калибровки типа переменных звезд, известных как переменные цефеид, используем цефеиды для измерения галактических расстояний в нашей локальной группе, используем это для стандартизации яркости сверхновых типа Ia и, наконец, используем эти значения. сверхновых для измерения самых далеких галактик. Каждый шаг на лестнице космических расстояний имеет определенную долю неопределенности, и это переходит на следующий уровень. Итак, если какой-то вид измерения расстояния действительно окажется неверным, это приведет к тому, что наша мера космического расширения будет сброшена для любого метода, который зависит от лестницы расстояний. В результате астрономы начали очень внимательно изучать различные ступени лестницы в поисках ошибки, которая могла бы решить проблему напряжения. Большая часть этих исследований была сосредоточена на переменных звездах-цефеидах.
|
|
|
Переменные цефеид — это тип переменных звезд, яркость которых меняется со скоростью, пропорциональной ее общей светимости. Эта связь периода и светимости была впервые открыта Генриеттой Ливитт в 1800-х годах и с тех пор занимает центральное место в космологии. Если вы измерите период цефеиды, вы узнаете ее фактическую яркость и сравните ее с видимой яркостью, чтобы определить расстояние до нее. Цефеиды были использованы Эдвином Хабблом для открытия космического расширения, и этот метод оказался весьма надежным. Но с годами мы обнаружили, что соотношение периода и светимости Ливитта немного более тонкое, чем первоначально предполагалось. Например, теперь мы знаем, что период цефеид немного отличается в зависимости от их металличности и других факторов. Возможно, есть некоторые различия в данных, которые мы пропустили. Несколько лет назад наблюдения цефеид с телескопа «Хаббл» были использованы для того, чтобы выяснить, могут ли поправки в соотношении период-светимость объяснить натяжение Хаббла, но результаты не выглядели многообещающими. Теперь на сервере препринтов arXiv опубликовано исследование с использованием наблюдений JWST.
|
|
|
|
Одним из преимуществ JWST перед Хабблом является то, что Уэбб наблюдает цефеиды в инфракрасном свете, который легче проникает в межзвездную пыль. Наблюдения Уэбба также лучше решают проблему «скопления», когда свет цефеид может быть немного заглушен светом звезд в том же скоплении. Таким образом, эти последние результаты являются наиболее точными наблюдениями за цефеидами, которые у нас есть. В этом новом исследовании команда изучила более тысячи переменных цефеид и смогла с чрезвычайной точностью определить связь расстояний между цефеидами. Таким образом, они доказали, что ошибка переменной цефеид не может объяснить напряжение Хаббла. Цефеидное решение проблемы напряжения исключается на статистическом уровне 8 сигм. В науке результат 5 сигм считается «определенным», поэтому напряжение Хаббла очень и очень реально. Будь то структура пространства-времени, темная энергия или что-то еще, что мы еще не открыли, есть кое-что, чего мы просто не понимаем в космическом расширении.
|
|
|
|
Источник
|
