Астрономия и космосКосмология

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.

Измерения переменного расстояния цефеид, полученные с помощью телескопа Хаббл (серый) и JWST (красный)
Измерения переменного расстояния цефеид, полученные с помощью телескопа Хаббл (серый) и JWST (красный). © NASA, ESA, CSA, J. Kang/STScI; Science: A. Riess/STScI

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.

Диаграмма, иллюстрирующая разницу в наблюдениях Хаббла и JWST
Диаграмма, иллюстрирующая разницу в наблюдениях Хаббла и JWST и то, как их объединение дает более уверенный результат. © NASA, ESA, CSA, J. Kang/STScI; Science: A. Riess/STScI

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.

Дополнительно
ArXiv
Показать больше
Back to top button