|
Насколько быстро расширяется Вселенная
|
|
|
|
В космологии существует важная и нерешенная проблема, связанная со скоростью расширения Вселенной, и ее разрешение может открыть новые возможности физики. Астрономы постоянно ищут новые способы измерения этого расширения на случай, если в данных, полученных с помощью обычных маркеров, таких как вспышки сверхновых, могут быть неизвестные ошибки. Недавно исследователи, в том числе из Токийского университета, измерили расширение Вселенной, используя новые методы и новые данные, полученные с помощью новейших телескопов. Их метод основан на том, что свет от чрезвычайно удаленных объектов проходит несколько путей, чтобы добраться до нас. Различия в этих путях помогают улучшить модели того, что происходит в самых больших космологических масштабах, включая расширение.
|
|
|
|
Вселенная велика, и она становится все больше. Насколько она велика? Мы на самом деле не знаем. Но мы знаем, с какой скоростью она расширяется. Однако это непростой вопрос, поскольку расширение тем быстрее, чем дальше мы наблюдаем. На каждые 3,3 миллиона световых лет (или один мегапарсек) расстояния от нас мы видим объекты, удаляющиеся от нас со скоростью, кратной примерно 73 километрам в секунду. Другими словами, скорость расширения Вселенной составляет 73 километра в секунду на мегапарсек (км/с/Пдк), также известная как постоянная Хаббла.
|
|
|
|
Существуют различные способы определения постоянной Хаббла, но до сих пор все они основывались на так называемых дистанционных лестницах. Это такие явления, как сверхновые или особые звезды, называемые переменными звездами-цефеидами, которые, как считается, изучены достаточно хорошо, так что их присутствие даже в других галактиках должно позволить нам провести точные измерения относительно них, включая расстояния до них.
|
|
|
|
|
|
|
В результате наблюдений за ними в течение десятилетий постоянная Хаббла становилась все более ограниченной. Но этот метод всегда вызывал определенные сомнения, поэтому космологи приветствуют усовершенствования. В своей последней работе команда астрономов, включая доцента проекта Кеннета Вонга и постдокторского исследователя Эрика Пайка из Исследовательского центра ранней Вселенной Токийского университета, успешно продемонстрировала метод, известный как космография с временной задержкой, который, по их мнению, может уменьшить зависимость от дистанционных лестниц и должен иметь ответвления в других областях. и в космологии тоже.
|
|
|
|
“Чтобы измерить постоянную Хаббла с помощью космографии с временной задержкой, вам нужна действительно массивная галактика, которая может действовать как линза”, - сказал Вонг. “Гравитация этой "линзы" отклоняет свет от объектов, скрывающихся за ней, вокруг себя, поэтому мы видим их искаженную версию. Это называется гравитационным линзированием. При благоприятных обстоятельствах мы действительно увидим множество искаженных изображений, и каждое из них будет идти к нам немного разными путями и займет разное количество времени. Просматривая идентичные изменения на этих изображениях, которые немного отличаются друг от друга, мы можем измерить разницу во времени, за которое они дошли до нас. Сопоставление этих данных с оценками распределения массы галактической линзы, которая их искажает, позволяет нам более точно рассчитать ускорение удаленных объектов. Постоянная Хаббла, которую мы измеряем, находится в пределах значений, поддерживаемых другими методами оценки.”
|
|
|
|
Вы можете удивиться, почему исследователи прилагают такие усилия только для того, чтобы найти число, которое им уже известно. Это имеет отношение к чему-то важному для понимания истории Вселенной, что в настоящее время остается нерешенным. Это значение постоянной Хаббла, равное 73 км/с/Пдк, является правильным, основываясь на наблюдениях за близлежащими объектами, но есть и другие способы измерения скорости космического расширения, которые также могут учитывать данные из далекого прошлого, в частности излучение, которое пронизывает Вселенную в результате большого взрыва, в противном случае известен как космический микроволновый фон (CMB). Когда исследователи используют CMB для расчета постоянной Хаббла, они получают более низкое значение - 67 км/с/Пдк. Это несоответствие называется напряженностью Хаббла, и работа Вонга, Пайка и их сотрудников помогает прояснить его природу, поскольку все еще существуют некоторые сомнения относительно того, может ли оно быть чем-то большим, чем результатом экспериментальной ошибки.
|
|
|
|
“Наши измерения постоянной Хаббла в большей степени согласуются с другими текущими наблюдениями и в меньшей степени с измерениями ранней Вселенной. Это свидетельствует о том, что напряженность Хаббла действительно может возникать из-за реальной физики, а не просто из-за неизвестного источника ошибок в различных методах”, - сказал Вонг. “Наши измерения полностью независимы от других методов, как ранних, так и поздних, поэтому, если в этих методах есть какие-либо систематические погрешности, они не должны влиять на нас”.
|
|
|
|
“Основной целью этой работы было совершенствование нашей методологии, и теперь нам нужно увеличить размер выборки, чтобы повысить точность и окончательно устранить напряженность Хаббла", - сказал Пайк. “Прямо сейчас наша точность составляет около 4,5%, и для того, чтобы действительно довести постоянную Хаббла до уровня, который окончательно подтвердил бы напряженность Хаббла, нам нужно достичь точности примерно в 1-2%”.
|
|
|
|
Команда уверена, что такое повышение точности возможно. В текущем исследовании использовались восемь систем линз с временной задержкой, каждая из которых закрывает далекий квазар (сверхмассивную черную дыру, которая накапливает газ и пыль, заставляя ее ярко светиться), и новые данные, полученные с новейших космических и наземных телескопов, включая космический телескоп Джеймса Уэбба. Команда намерена увеличить размер выборки, а также улучшить различные другие измерения и исключить любые систематические ошибки, которые еще не были учтены.
|
|
|
|
“Одним из самых больших источников неопределенности является тот факт, что мы не знаем точно, как распределяется масса в линзообразных галактиках. Обычно предполагается, что масса соответствует какому-то простому профилю, который согласуется с наблюдениями, но в этом трудно быть уверенным, и эта неопределенность может напрямую влиять на значения, которые мы вычисляем”, - сказал Вонг. “Напряженность Хаббла имеет значение, поскольку она может указывать на новую эру в космологии, открывающую новую физику. Наш проект является результатом многолетнего сотрудничества между многочисленными независимыми обсерваториями и исследователями, подчеркивая важность международного сотрудничества в науке”.
|
|
|
|
Источник
|
