|
Брошен вызов космической теории
|
|
|
|
Новые наблюдения, проведенные космическим телескопом Джеймса Уэбба, позволяют предположить, что за десятилетней загадкой того, почему Вселенная сегодня расширяется быстрее, чем в период своего зарождения миллиарды лет назад, может стоять новая особенность Вселенной, а не ошибка в измерениях с помощью телескопа.
|
|
|
|
Новые данные подтверждают результаты измерений космическим телескопом "Хаббл" расстояний между ближайшими звездами и галактиками, предлагая важную перекрестную проверку для устранения несоответствия в измерениях загадочного расширения Вселенной. Это несоответствие, известное как "напряженность Хаббла", остается необъяснимым даже с помощью лучших космологических моделей.
|
|
|
|
"Расхождение между наблюдаемой скоростью расширения Вселенной и предсказаниями стандартной модели говорит о том, что наше понимание Вселенной может быть неполным. Теперь, когда два флагманских телескопа НАСА подтверждают результаты друг друга, мы должны отнестись к этой проблеме [напряженности Хаббла] очень серьезно — это вызов, но также и невероятная возможность узнать больше о нашей Вселенной", - сказал Нобелевский лауреат и ведущий автор Адам Рисс, заслуженный профессор Bloomberg и профессор Томаса Дж. Физика и астрономия в Университете Джона Хопкинса.
|
|
|
|
Опубликованное в журнале Astrophysical Journal исследование основано на открытии Рисса, получившего Нобелевскую премию, о том, что расширение Вселенной ускоряется благодаря таинственной "темной энергии", пронизывающей обширные пространства между звездами и галактиками.
|
|
|
|
|
|
|
Команда Рисса использовала самую большую выборку данных Webb, собранных за первые два года работы в космосе, чтобы проверить измеренную телескопом "Хаббл" скорость расширения Вселенной - величину, известную как постоянная Хаббла.
|
|
|
|
Они использовали три различных метода для измерения расстояний до галактик, в которых находились сверхновые, сосредоточившись на расстояниях, ранее измеренных телескопом "Хаббл", которые, как известно, дают наиболее точные "локальные" измерения этого числа.
|
|
|
|
Наблюдения с обоих телескопов совпали, показав, что измерения Хаббла точны, и исключив неточность, достаточно большую, чтобы списать напряженность на ошибку Хаббла.
|
|
|
|
Тем не менее, постоянная Хаббла остается загадкой, поскольку измерения, основанные на наблюдениях современной Вселенной с помощью телескопа, дают более высокие значения по сравнению с прогнозами, сделанными с использованием "стандартной космологической модели", широко принятой концепции устройства Вселенной, откалиброванной на основе данных о космическом микроволновом фоне, слабом излучении, оставшемся после Большого взрыва.
|
|
|
|
В то время как стандартная модель дает постоянную Хаббла, составляющую около 67-68 километров в секунду на мегапарсек, измерения, основанные на наблюдениях с помощью телескопа, регулярно дают более высокое значение - от 70 до 76, в среднем 73 км/с/Пдк.
|
|
|
|
Это несоответствие уже более десяти лет озадачивает космологов, поскольку разница в 5-6 км/с/Мпк слишком велика, чтобы ее можно было объяснить просто недостатками в методах измерений или наблюдений. (Мегапарсеки - это огромные расстояния. Каждый мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет, так как парсек равен 3,26 светового года, а световой год - это расстояние, которое свет проходит за один год: 9,4 триллиона километров, или 5,8 триллиона миль.)
|
|
|
|
Поскольку новые данные Уэбба исключают значительные погрешности в измерениях "Хаббла", напряженность "Хаббла" может быть вызвана неизвестными факторами или пробелами в понимании физики космологами, которые еще предстоит обнаружить, сообщает команда Рисса.
|
|
|
|
"Данные Уэбба позволяют впервые взглянуть на Вселенную в высоком разрешении и действительно улучшают соотношение сигнал/шум при измерениях", - сказал Сиянг Ли, аспирант, работающий над исследованием в Университете Джона Хопкинса.
|
|
|
|
Новое исследование охватило примерно треть всей выборки галактик, собранной "Хабблом", используя известное расстояние до галактики под названием NGC 4258 в качестве ориентира. Несмотря на меньший объем данных, команда достигла впечатляющей точности, показав расхождения между измерениями менее чем в 2%, что намного меньше, чем примерно 8-9%—ное расхождение в напряжении, полученное с помощью телескопа Хаббла.
|
|
|
|
|
|
В дополнение к анализу пульсирующих звезд, называемых переменными цефеидами, которые являются золотым стандартом для измерения космических расстояний, команда провела перекрестную проверку измерений, основанных на богатых углеродом звездах и самых ярких красных гигантах в тех же галактиках.
|
|
|
|
Все галактики, наблюдаемые Уэббом вместе с их сверхновыми, показали постоянную Хаббла, равную 72,6 км/с/Мпк, что почти идентично значению 72,8 км/с/Мпк, найденному Хабблом для тех же самых галактик.
|
|
|
|
В исследование были включены образцы данных Уэбба из двух групп, которые независимо друг от друга работали над уточнением постоянной Хаббла, одна из команды SH0ES Рисса (Сверхновая, H0, для уравнения состояния темной энергии) и одна из программы Карнеги-Чикаго Хаббл, а также из других команд.
|
|
|
|
Объединенные измерения позволяют наиболее точно определить расстояния до звезд-цефеид, измеренные с помощью телескопа "Хаббл", которые являются основополагающими для определения постоянной Хаббла.
|
|
|
|
Хотя постоянная Хаббла не оказывает практического влияния на Солнечную систему, Землю или повседневную жизнь, она показывает эволюцию Вселенной в чрезвычайно больших масштабах, когда обширные области космоса растягиваются и отталкивают далекие галактики друг от друга, как изюминки в поднимающемся тесте.
|
|
|
|
Это ключевая ценность, которую ученые используют для составления карт структуры Вселенной, углубления своего понимания ее состояния через 13-14 миллиардов лет после Большого взрыва и расчета других фундаментальных аспектов космоса.
|
|
|
|
По словам Марка Камионковски, космолога из Университета Джона Хопкинса, который помогал вычислять постоянную Хаббла и недавно помог разработать возможное новое объяснение этой напряженности, устранение напряженности Хаббла может дать новое представление о большем количестве расхождений со стандартной космологической моделью, выявленных в последние годы.
|
|
|
|
Стандартная модель объясняет эволюцию галактик, космический микроволновый фон после Большого взрыва, содержание химических элементов во Вселенной и многие другие ключевые наблюдения, основанные на известных законах физики. Однако это не полностью объясняет природу темной материи и темной энергии, таинственных компонентов Вселенной, которые, по оценкам, отвечают за 96% ее состава и ускоренное расширение.
|
|
|
|
"Одним из возможных объяснений напряженности вокруг Хаббла может быть то, что в нашем понимании ранней Вселенной чего—то не хватало, например, нового компонента материи — ранней темной энергии, - который дал Вселенной неожиданный толчок после Большого взрыва", - сказал Каменковский, который не принимал участия в новом исследовании.
|
|
|
|
"И есть другие идеи, например, о необычных свойствах темной материи, экзотических частицах, изменении массы электрона или первичных магнитных полях, которые могут помочь в этом деле. Теоретики могут проявить творческий подход".
|
|
|
|
Источник
|
