|
Расширение Вселенной - загадка остается нерешенной
|
|
|
|
Скорость, с которой расширяется Вселенная, известная как постоянная Хаббла, является одним из фундаментальных параметров для понимания эволюции и конечной судьбы космоса. Однако наблюдается стойкая разница, называемая напряженностью Хаббла, между значением константы, измеренным с помощью широкого спектра независимых индикаторов расстояния, и ее значением, предсказанным на основе послесвечения Большого взрыва. Космический телескоп Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA подтвердил, что зоркий глаз космического телескопа Хаббла был прав с самого начала, устранив любые сохраняющиеся сомнения относительно измерений Хаббла. Одним из научных обоснований создания космического телескопа НАСА/ЕКА "Хаббл" было использование его наблюдательной мощности для получения точного значения скорости расширения Вселенной. До запуска "Хаббла" в 1990 году наблюдения с наземных телескопов давали огромные неопределенности. В зависимости от значений, полученных для скорости расширения, возраст Вселенной может составлять от 10 до 20 миллиардов лет. За последние 34 года "Хаббл" сократил это измерение до точности менее одного процента, разделив разницу на возрастное значение в 13,8 миллиарда лет.
|
|
|
|
Это было достигнуто путем уточнения так называемой "лестницы космических расстояний" путем измерения важных контрольных точек, известных как переменные звезды Цефеиды. Однако значение Хаббла не согласуется с другими измерениями, которые подразумевают, что Вселенная расширялась быстрее после Большого взрыва. Эти наблюдения были сделаны с помощью картографирования космического микроволнового фонового излучения спутником ЕКА ”Планк" - схемы того, как будет развиваться структура Вселенной после того, как она остынет после Большого взрыва. Простым решением этой дилеммы было бы сказать, что, возможно, наблюдения Хаббла неверны в результате некоторой неточности, вкравшейся в его измерения критериев глубокого космоса. Затем появился космический телескоп Джеймса Уэбба, позволивший астрономам перепроверить результаты Хаббла. Инфракрасные снимки цефеид, сделанные Уэббом, согласуются с данными Хаббла об оптическом освещении. Уэбб подтвердил, что зоркий глаз телескопа "Хаббл" с самого начала был прав, устранив все сохраняющиеся сомнения относительно измерений Хаббла.
|
|
|
Суть в том, что так называемое хаббловское противоречие между тем, что происходит в соседней Вселенной, и расширением ранней Вселенной остается мучительной загадкой для космологов. Возможно, в ткань космоса вплетено что-то, чего мы пока не понимаем. Требует ли устранение этого несоответствия новой физики? Или это результат ошибок измерений между двумя различными методами, используемыми для определения скорости расширения пространства? Хаббл и Уэбб теперь объединили усилия для проведения точных измерений, подтверждая тот факт, что что-то еще - не ошибки измерений - влияет на скорость расширения. "Теперь, когда ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную", - сказал Адам Рисс, физик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Рисс получил Нобелевскую премию за совместное открытие того факта, что расширение Вселенной ускоряется благодаря таинственному явлению, которое теперь называется темной энергией.
|
|
|
|
В качестве перекрестной проверки первоначальное наблюдение Уэбба в 2023 году подтвердило, что измерения Хабблом расширяющейся Вселенной были точными. Однако, надеясь ослабить напряженность вокруг Хаббла, некоторые ученые предположили, что невидимые ошибки в измерениях могут увеличиваться и становиться видимыми по мере того, как мы заглядываем глубже во Вселенную. В частности, скопление звезд может систематически влиять на измерения яркости более удаленных звезд. Команда SH0ES (сверхновая H0 для уравнения состояния темной энергии), возглавляемая Риссом, получила дополнительные наблюдения с помощью Webb объектов, которые являются критическими космическими ориентирами, известными как переменные звезды Цефеиды, которые теперь можно соотнести с данными Хаббла. "Теперь мы охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и мы можем с очень высокой степенью уверенности исключить ошибку измерения как причину напряженности Хаббла", - сказал Рисс.
|
|
|
|
Первые несколько наблюдений команды Уэбба в 2023 году были успешными и показали, что Хаббл был на правильном пути, твердо установив точность первых ступеней так называемой лестницы космических расстояний. Астрономы используют различные методы для измерения относительных расстояний во Вселенной, в зависимости от наблюдаемого объекта. В совокупности эти методы известны как лестница космических расстояний - каждая ступенька или метод измерения опирается на предыдущий шаг калибровки. Но некоторые астрономы предположили, что при движении наружу по "второй ступеньке" лестница космических расстояний может пошатнуться, если измерения Цефеид станут менее точными с увеличением расстояния. Такие неточности могли возникнуть из-за того, что свет Цефеиды мог смешиваться со светом соседней звезды - эффект, который мог стать более выраженным с расстоянием, поскольку звезды собираются вместе на небе и их становится труднее отличить друг от друга.
|
|
|
|
Сложность наблюдений заключается в том, что на предыдущих снимках "Хаббла" эти более удаленные переменные Цефеиды выглядят более сгруппированными и перекрывающимися с соседними звездами на все больших расстояниях между нами и их галактиками-хозяевами, что требует тщательного учета этого эффекта. Присутствующая пыль еще больше усложняет точность измерений в видимом свете. "Уэбб" проникает сквозь пыль и естественным образом изолирует цефеиды от соседних звезд, потому что его зрение острее, чем у "Хаббла" в инфракрасном диапазоне длин волн. "Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаруживаем, что измерения Хаббла остаются надежными по мере того, как мы продвигаемся дальше по лестнице космических расстояний", - сказал Рисс. Новые наблюдения Уэбба включают пять галактик-хозяев восьми сверхновых типа Ia, содержащих в общей сложности 1000 цефеид, и простираются до самой дальней галактики, где цефеиды были хорошо измерены - NGC 5468, на расстоянии 130 миллионов световых лет.
|
|
|
|
"Это охватывает весь диапазон, в котором мы проводили измерения с помощью "Хаббла". Итак, мы подошли к концу второй ступени лестницы космических расстояний", - сказал соавтор Гагандип Ананд из Научного института космических телескопов в Балтиморе, который управляет телескопами Уэбба и Хаббла для НАСА. Вместе подтверждение Хабблом и Уэббом напряженности вокруг Хаббла дает возможность другим обсерваториям, возможно, разгадать тайну, включая предстоящий космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман" и недавно запущенную миссию ЕКА "Евклид". В настоящее время это похоже на то, как если бы лестница расстояний, наблюдаемая Хабблом и Уэббом, прочно установила точку привязки на одном берегу реки, а послесвечение Большого взрыва, наблюдаемое Планком с самого начала Вселенной, прочно закрепилось на другом берегу. То, как менялось расширение Вселенной за миллиарды лет между этими двумя конечными точками, еще предстоит непосредственно наблюдать. "Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы чего-то в том, как связать начало Вселенной и сегодняшний день", - сказал Рисс.
|
|
|
|
Источник
|
