Расширение не по плану: "Хаббл" обнаружил нестыковку в знаниях учёных о Вселенной

Прославленный телескоп за несколько десятилетий работы позволил учёным открыть не один десяток тайн мироздания.

Прославленный телескоп за несколько десятилетий работы позволил учёным открыть не один десяток тайн мироздания.
Составное изображение NASA, ESA, Adam G. Riess (STScI, JHU).

Польза цефеид с точки зрения определения расстояний во Вселенной была открыта астрономом Генриеттой Суон Ливитт в 1912 году.

Польза цефеид с точки зрения определения расстояний во Вселенной была открыта астрономом Генриеттой Суон Ливитт в 1912 году.
Фото Wikimedia Commons.

Прославленный телескоп за несколько десятилетий работы позволил учёным открыть не один десяток тайн мироздания.
Польза цефеид с точки зрения определения расстояний во Вселенной была открыта астрономом Генриеттой Суон Ливитт в 1912 году.

Телескоп "Хаббл" был назван так в честь гениального астронома Эдвина Хаббла. Этот учёный, как и многие другие выдающиеся личности в науке, изменил наше представление о Вселенной и подарил многим будущем поколениям исследователей возможность найти ответы на многие волнительные вопросы.

Сто лет назад Эдвин Хаббл обнаружил за пределами нашей галактики, Млечный Путь, множество галактик. До него мы могли обозревать лишь наш звёздный дом. Хаббл также показал, что другие галактики не стоят на месте: они как будто бы разбегаются в пространстве. Впрочем, до конца увериться в своей правоте он не успел.

Однако его ученики доказали: пространство Вселенной постоянно расширяется. Более того, в начале 2000-х стало окончательно ясно, что Вселенная расширяется с ускорением. Чему способствует таинственная тёмная энергия.

Астрономы нашли способ рассчитать расстояние до других галактик во Вселенной с помощью так называемых "стандартных свечей". Светимость этих объектов не меняется с течением времени, поэтому, определяя их яркость, мы можем узнать скорость расширения, а значит, и возраст Вселенной.

Вечна ли она, существовала ли она всегда, и что будет с ней происходить дальше?

Сегодня большинство космологов придерживаются мнения, что Вселенная появилась в результате Большого взрыва (что было до него, мы пока не знаем), и ей порядка 13,8 миллиарда лет.

Впрочем, учёные периодически выдвигают и весьма экзотические теории, которые можно будет подтвердить или опровергнуть только с течением времени и ростом возможностей человечества в вопросах изучения космоса.

На данный момент в качестве "почтовых столбов", отмечающих расстояния во Вселенной, чаще всего используются звёзды цефеиды, непредсказуемые взрывы сверхновых (типа Ia) и реликтовое излучение, которое осталось со времён Большого взрыва. (Есть ещё красные гиганты и гравитационные волны.)

Цефеиды демонстрируют предсказуемо переменную светимость, но их свет достаточно слаб. Взрывы сверхновых лучше "видны" из соседних галактик. В то же время реликтовое излучение очень слабое, но оно заполняет собой всю Вселенную и может многое рассказать даже о самых ранних этапах жизни Вселенной.

Поясним, что астрономы для измерения скорости разбегания галактик используют постоянную Хаббла, которую они на протяжении многих лет высчитывают с разной степенью точности. Постоянная Хаббла измеряется в километрах в секунду на мегапарсек. (Один мегапарсек равен тысяче парсеков, или 3261 световому году.)

Постоянная Хаббла на самом деле вовсе не постоянная. С течением времени она изменяется, но, так как её значение пытаются определить фактически последние 50 лет, на столь коротком временном отрезке (в рамках жизни Вселенной) её точно можно считать постоянной.

В конце 20 века астрономы пришли к выводу, что значение постоянной Хаббла находится примерно между отметками 50 и 100. Это огромнейший разброс. В 1990-х годах модели сконцентрировались у значения около 70. Однако разброс всё ещё был достаточно велик.

Когда в 1990 году был запущен космический телескоп "Хаббл", скорость расширения Вселенной была настолько неопределённой, что возраст Вселенной мог составлять как 8 миллиардов лет, так и 20 миллиардов лет. Измерение проводилось по цефеидам. Невысокая степень точности/уверенности учёных в результатах расчётов определялась многими факторами.

К началу 2000-х годов для постоянной Хаббла была достигнута точность 10%: 72±8 километров в секунду на мегапарсек.

После 30 лет кропотливой работы с данными "Хаббла" астрономы сузили неопределённость скорости расширения Вселенной до чуть более 1%.

И тут мы наконец подбираемся к тому, что же за результат анонсировали учёные на днях. Как сообщается, это "наиболее точное измерение скорости расширения Вселенной с помощью золотого стандарта телескопов и маркеров космических миль". Под маркерами космических миль подразумеваются взрывы сверхновых.

Чтобы получить ещё более точный результат, понадобится ещё 30 лет работы "Хаббла".

Команда лауреата Нобелевской премии Адама Рисса в рамках программы SHOES (Supernova, H0, for the Equation of State of Dark Energy) изучила 42 взрыва сверхновых, зафиксированных "Хабблом", и пришла к выводу, что постоянная Хаббла равна 73 плюс-минус один километр в секунду на мегапарсек.

Напомним, что ранее коллаборация, использовавшая данные телескопа "Планк" (измерения проводились по реликтовому излучению), пришла к выводу, что постоянная Хаббла составляет 67,5 километра плюс-минус 0,5 километра в секунду на мегапарсек.

Означает ли это, что группа Рисса ошиблась? Учитывая достаточно большой размер выборки "Хаббла" (ещё бы, в арсенале учёных было 30 лет наблюдений!), вероятность ошибки составляет один шанс на миллион. Проще говоря: нет, астрономы не ошиблись в своих расчётах.

Однако новые данные и выявленное большое расхождение в параметрах расширения Вселенной, измеренное "рядом с Млечным Путём" и "вдали от него", вновь указывает на то, что мы не знаем чего-то очень важного о Вселенной.

Выходит, учёным нужно создавать новые модели и Новую физику, которая бы заполнила этот пробел в знаниях, сопоставила значения.

И в этом смысле расхождение в постоянной Хаббла при измерениях разными способами, восхищает, а не огорчает команду Рисса и остальных учёных планеты. Ведь оно чётко указывает на то, что нам нужно и дальше распутывать этот клубок.

"На самом деле меня не волнует конкретное значение расширения, но мне нравится использовать его для изучения Вселенной", — говорит Адам Рисс, которому сейчас 52 года.

К слову, помочь астрономам в их дальнейших изысканиях может новый космический телескоп "Джеймс Уэбб", который продолжит дело "Хаббла".

У "Уэбба" более зоркие "глаза". Кроме того, он станет самым чувствительным инфракрасным телескопом планеты. А значит, он позволит изучить "стандартные свечи" и ИК-излучение на больших расстояниях или в более чётком разрешении. Вполне возможно, что ещё через 10-30 лет астрономы отчитаются о новых измерениях постоянной Хаббла.

"Постоянная Хаббла — это очень особенное число. Его можно использовать, чтобы продеть иголку из прошлого в настоящее для сквозной проверки нашего понимания Вселенной. Это потребовало феноменального количества детальной работы", — отмечает доктор Лисия Верде, космолог из Барселоны.

Пока это последнее крупное обновление постоянной Хаббла на ближайшие годы, полагают учёные.

Статья команды Рисса доступна в виде препринта и будет опубликована в специальном выпуске издания The Astrophysical Journal.

Больше важных и интересных новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. "Смотрим"Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.