Джеймс Уэбб подтверждает измерения скорости расширения Вселенной, полученные Хабблом
Полученные результаты являются важной перепроверкой предыдущих измерений загадочного расширения Вселенной, проведенных космическим телескопом «Хаббл».
Новые наблюдения с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб позволяют предположить, что за давней загадкой, почему Вселенная сегодня расширяется быстрее, чем в период своего зарождения миллиарды лет назад, может скрываться новая особенность Вселенной, а не ошибка в измерениях телескопа.
Новые данные подтверждают измерения расстояний между близлежащими звездами и галактиками, проведенные космическим телескопом Хаббл, предлагая важную перекрестную проверку для устранения несоответствия в измерениях загадочного расширения Вселенной. Известное как напряжение Хаббла, это несоответствие остается необъяснимым даже для лучших космологических моделей.
«Расхождение между наблюдаемой скоростью расширения Вселенной и предсказаниями стандартной модели говорит о том, что наше понимание Вселенной может быть неполным», — сказал лауреат Нобелевской премии и ведущий автор Адам Рисс, профессор физики и астрономии в Университете Джонса Хопкинса. «С двумя флагманскими телескопами НАСА, которые теперь подтверждают выводы друг друга, мы должны отнестись к этой проблеме [напряженности Хаббла] очень серьезно — это вызов, но также и невероятная возможность узнать больше о нашей Вселенной».
Новое исследование основано на открытии Адама Рисса, удостоенном Нобелевской премии, согласно которому расширение Вселенной ускоряется из-за таинственной «темной энергии», пронизывающей обширные участки пространства между звездами и галактиками.
Команда Рисса использовала самую большую выборку данных Уэбба, собранных за первые два года работы, чтобы проверить измерение телескопом Хаббл скорости расширения Вселенной, числа, известного как постоянная Хаббла. Они использовали три различных метода для измерения расстояний до галактик, в которых находились сверхновые, сосредоточившись на расстояниях, ранее измеренных телескопом Хаббл и известных тем, что они дают самые точные «локальные» измерения этого числа. Наблюдения с обоих телескопов были тесно связаны, показывая, что измерения Хаббла точны, и исключая неточность, достаточно большую, чтобы приписать напряжение ошибке Хаббла.
Тем не менее, постоянная Хаббла остается загадкой, поскольку измерения, основанные на наблюдениях за современной Вселенной с помощью телескопа, дают более высокие значения по сравнению с прогнозами, сделанными с использованием «стандартной модели космологии» — общепринятой концепции того, как работает Вселенная, откалиброванной с помощью данных космического микроволнового фона — слабого излучения, оставшегося после Большого взрыва.
В то время как стандартная модель дает постоянную Хаббла около 67-68 километров в секунду на мегапарсек (3,26 миллиона световых лет), измерения, основанные на наблюдениях телескопа, регулярно дают более высокое значение от 70 до 76, со средним значением 73 км/с/Мпк. Это несоответствие озадачивает космологов уже более десятилетия, поскольку разница в 5-6 км/с/Мпк слишком велика, чтобы ее можно было объяснить просто недостатками в измерениях или методах наблюдения.
Команда Рисса сообщает, что поскольку новые данные Уэбба исключают существенные погрешности в измерениях Хаббла, напряжение Хаббла может быть вызвано неизвестными факторами или пробелами в понимании физики космологами, которые еще предстоит обнаружить.
Новое исследование охватило примерно треть полной выборки галактик Хаббла, используя известное расстояние до галактики под названием NGC 4258 в качестве точки отсчета. Несмотря на меньший набор данных, научная команда достигла впечатляющей точности, показав разницу между измерениями менее 2% — намного меньше, чем приблизительно 8-9% расхождения напряжения Хаббла.
В дополнение к анализу пульсирующих звезд, называемых цефеидами, золотого стандарта для измерения космических расстояний, ученые перепроверили измерения, основанные на богатых углеродом звездах и самых ярких красных гигантах в тех же галактиках. Все галактики, наблюдаемые Уэббом вместе с их сверхновыми, дали постоянную Хаббла в 72,6 км/с/Мпк, что почти идентично значению 72,8 км/с/Мпк, найденному Хабблом для тех же самых галактик.
Исследование включало образцы данных Уэбба из двух групп, которые работают независимо друг от друга над уточнением постоянной Хаббла, одна из команды Рисса SH0ES (Supernova, H0, для уравнения состояния темной энергии) и одна из программы Хаббла Карнеги-Чикаго, а также из других групп. Объединенные измерения дают самое лучшее определение на сегодняшний день точности расстояний, измеренных с помощью телескопа Хаббла до звезд-цефеид, которые имеют основополагающее значение для определения постоянной Хаббла.
Хотя постоянная Хаббла не оказывает практического влияния на Солнечную систему, Землю или повседневную жизнь, она раскрывает эволюцию Вселенной в чрезвычайно больших масштабах, когда огромные области самого пространства растягиваются и отталкивают далекие галактики друг от друга.
Это ключевое значение, которое ученые используют для картирования структуры Вселенной, углубления понимания ее состояния через 13–14 миллиардов лет после Большого взрыва и расчета других фундаментальных аспектов космоса.
Разрешение проблемы напряженности Хаббла может открыть новые возможности для понимания большего количества несоответствий стандартной космологической модели, которые появились в последние годы.
Стандартная модель объясняет эволюцию галактик, космический микроволновый фон от Большого взрыва, распространенность химических элементов во Вселенной и многие другие ключевые наблюдения, основанные на известных законах физики. Однако она не полностью объясняет природу темной материи и темной энергии, загадочных компонентов Вселенной, которые, по оценкам, ответственны за 96% ее состава и ускоренного расширения.