Предложено новое объяснение напряженности Хаббла
Новое исследование, проведенное университетами Бонна и Сент-Эндрюса, предлагает решение одной из величайших загадок космологии.
Вселенная расширяется, но весь вопрос в том, насколько быстро? Ответ, по-видимому, зависит от того, оцениваете ли вы скорость космического расширения, называемую постоянной Хаббла, или H0, на основе эха Большого взрыва (космического микроволнового фона, или CMB) или измеряете H0 непосредственно на основе современных звезд и галактик. Эта проблема, известная как напряжение Хаббла, ставит в тупик астрофизиков и космологов всего мира.
Теперь исследователи из университетов Бонна и Сент-Эндрюса предлагают новое решение: используя альтернативную теорию гравитации, расхождение в измеренных значениях можно легко объяснить — напряжение Хаббла исчезает. Исследование опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества (MNRAS).
Расширение Вселенной заставляет галактики отдаляться друг от друга. Скорость, с которой они это делают, пропорциональна расстоянию между ними. Например, если галактика А находится в два раза дальше от Земли, чем галактика Б, то ее расстояние от нас также увеличивается в два раза быстрее. Астроном Эдвин Хаббл был одним из первых, кто осознал эту связь.
Поэтому, чтобы рассчитать, как быстро две галактики удаляются друг от друга, необходимо знать, насколько далеко они находятся друг от друга. Однако для этого также необходима константа, на которую нужно умножить это расстояние.
Это так называемая постоянная Хаббла (или Хаббла-Леметра), фундаментальный параметр в космологии. Его значение можно определить, например, взглянув на очень отдаленные регионы Вселенной. Она измеряется в километрах в секунду на мегапарсек (км/с/Мпк), где 1 Мпк составляет около 3,26 миллиона световых лет. Это дает скорость почти 67,4 ± 0,5 км/с/Мпк (244 000 километров в час) на мегапарсек расстояния.
«Но вы также можете посмотреть на небесные тела, которые намного ближе к нам — так называемые сверхновые типа 1А, которые представляют собой определенный тип взрывающейся звезды», — объясняет профессор Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики имени Гельмгольца в Боннском университете. Можно очень точно определить расстояние сверхновой 1А до Земли. Мы также знаем, что светящиеся объекты меняют цвет, когда удаляются от нас — и чем быстрее они движутся, тем сильнее это изменение. Это похоже на машину скорой помощи, чья сирена звучит глубже по мере удаления от нас.
Если теперь мы вычислим скорость сверхновых 1А по их цветовому сдвигу и соотнесем ее с расстоянием до них, мы получим другое значение постоянной Хаббла, а именно, чуть менее 264 000 километров в час на мегапарсек расстояния (73,0 ± 1,0 км / с / Мпк.).
«Поэтому Вселенная, похоже, расширяется быстрее в наших окрестностях, то есть на расстояние около трех миллиардов световых лет, чем в целом, но так не должно быть», — говорит Павел Крупа.
Однако недавно было сделано наблюдение, которое могло бы это объяснить. Согласно ему, Земля расположена в области космоса, где материи относительно мало — сравнимо с воздушным пузырем в торте. Плотность вещества выше вокруг пузыря. Гравитационные силы исходят из окружающей материи, которая притягивает галактики в пузыре к краям полости.
«Вот почему они удаляются от нас быстрее, чем можно было бы ожидать», — оговорят ученые. Таким образом, отклонения можно объяснить просто местной «недостаточной плотностью».
Фактически, другая исследовательская группа недавно измерила среднюю скорость большого количества галактик, находящихся на расстоянии 600 миллионов световых лет от нас.
«Было обнаружено, что эти галактики удаляются от нас в четыре раза быстрее, чем позволяет стандартная модель космологии», — объясняет Сергей Мазуренко из исследовательской группы, который участвовал в текущем исследовании.
Пузырь во Вселенной
Это связано с тем, что стандартная модель не предусматривает такой низкой плотности или «пузырей» — их на самом деле не должно существовать.
Вместо этого материя должна быть равномерно распределена в пространстве. Однако если бы это было так, было бы трудно объяснить, какие силы приводят галактики в движение до такой высокой скорости.
«Стандартная модель основана на теории природы гравитации, выдвинутой Альбертом Эйнштейном», — говорит Павел Крупа. «Однако гравитационные силы могут вести себя иначе, чем ожидал Эйнштейн». Рабочие группы из университетов Бонна и Сент-Эндрюса использовали модифицированную теорию гравитации в компьютерном моделировании.
Эта «модифицированная ньютоновская динамика» (аббревиатура: MOND) была предложена четыре десятилетия назад израильским физиком, профессором Мордехаем Милгромом. Сегодня эта теория до сих пор считается аутсайдерской. «Однако в наших расчетах MOND точно предсказывает существование таких пузырей», — говорит Павел Крупа.
Если бы кто-то предположил, что гравитация на самом деле ведет себя в соответствии с предположениями Милгрома, напряжение Хаббла исчезло бы: на самом деле существовала бы только одна константа расширения Вселенной, а наблюдаемые отклонения были бы вызваны неравномерностями в распределении материи.