Телескоп Джеймс Уэбб измерил скорость расширения Вселенной и поставил астрономов в тупик
Космический телескоп Джеймс Уэбб измерил скорость расширения Вселенной, и результаты не являются хорошей новостью в связи с кризисом в космологии.
Это открытие согласуется с измерениями, сделанными космическим телескопом Хаббл. Это означает, что в данных Хаббла нет ошибок, и астрономы все еще в тупике.
Разногласия между различными методами измерения, известные как напряжение Хаббла, остаются неизменными – поэтому придется полагаться на какой-то другой способ выяснить, насколько быстро расширяется наша Вселенная.
Вселенная вокруг нас может казаться неизменной, но все, что мы видим, на самом деле удаляется с огромной скоростью, известной как постоянная Хаббла, или Ho. Точно неясно, насколько быстро – потому что разные способы измерения Ho дают разные результаты.
Один из способов — рассмотреть реликвии ранней Вселенной, такие как остатки света в космическом микроволновом фоне — эхо Большого взрыва.
Другой способ — измерение расстояний до объектов с известной собственной яркостью, таких как сверхновые типа Ia или переменные звезды — цефеиды, свет которых колеблется с регулярностью, связанной с их собственной яркостью.
Первый метод имеет тенденцию возвращать скорость расширения около 67 километров в секунду на мегапарсек. Во-вторых, около 73 километров в секунду на мегапарсек. Несоответствие между ними известно как напряжение Хаббла.
Эти измерения проводились неоднократно, что значительно снижает вероятность ошибки для каждой из оценок. Тем не менее, остается вероятность того, что, по крайней мере, в некоторых данных есть что-то вводящее в заблуждение – особенно потому, что некоторые из лучших данных о цефеиахд, которые мы имеем, получены из одного источника – космического телескопа Хаббл.
«[Переменные цефеиды] являются золотым стандартом для измерения расстояний до галактик на расстоянии ста миллионов и более световых лет, что является решающим шагом для определения постоянной Хаббла. К сожалению, звезды в галактиках скучены на небольшом пространстве с нашей удаленной точки обзора, и поэтому нам часто не хватает разрешения, чтобы отделить их от соседей, находящихся на прямой видимости», — объясняет астрофизик Адам Рисс из STScI и Университета Джонса Хопкинса.
«Основным обоснованием создания космического телескопа «Хаббл» было решение этой проблемы… У «Хаббла» разрешение видимых длин волн лучше, чем у любого наземного телескопа, потому что он расположен над эффектом размытия земной атмосферы. В результате он может идентифицировать отдельные переменные цефеиды в галактиках, находящихся на расстоянии более ста миллионов световых лет, и измерить интервал времени, в течение которого они меняют свою яркость».
Чтобы пробиться через любую пыль, которая затеняет свет, эти наблюдения необходимо проводить в ближнем инфракрасном диапазоне, в части электромагнитного спектра, в которой Хаббл не особенно силен. Это означает, что оставалась некоторая неопределенность в отношении данных, которые он собирал.
JWST, с другой стороны, представляет собой мощный инфракрасный телескоп, и любые данные, которые он собирает, не подпадают под те же ограничения.
Адам Рисс и его команда сначала направили JWST на галактику с известным расстоянием, чтобы откалибровать телескоп по светимости переменных цефеид. Затем они наблюдали цефеиды в других галактиках. В общей сложности JWST собрал наблюдения за 320 цефеидами, что значительно уменьшило шум, обнаруженный в наблюдениях Хаббла.
Несмотря на то, что данные Хаббла были очень зашумлены, данные для определения расстояний все еще согласовывались с наблюдениями JWST. Это означает, что ученые не могут исключить расчеты Ho на основе данных Хаббла; 73 километра в секунду на мегапарсек пока сохраняется, и человеческая ошибка – по крайней мере, в этом случае – не может объяснить напряжение Хаббла.
Ученые до сих пор не знают, что вызывает напряжение. Одним из главных кандидатов является темная энергия – загадочная, неопознанная, но, казалось бы, фундаментальная сила, которая, по-видимому, оказывает отрицательное давление, ускоряющее расширение Вселенной. Благодаря новым измерениям JWST исследователи, возможно, будут немного ближе к ответу.
«Поскольку Уэбб подтверждает измерения Хаббла, измерения Уэбба предоставляют убедительное доказательство того, что систематические ошибки в фотометрии цефеид Хаббла не играют существенной роли в нынешней напряженности Хаббла», — говорит Адам Рисс.
«В результате на столе остаются более интересные возможности, а тайна напряженности углубляется».
Результаты были опубликованы в The Astrophysical Journal и доступны на arXiv.