Новые измерения подтверждают более быстрое, чем ожидалось, расширение Вселенной

Вселенная действительно, похоже, быстро расширяется. Новое измерение подтверждает то, что показали предыдущие — и весьма спорные — результаты: Вселенная расширяется быстрее, чем предсказывают теоретические модели, и быстрее, чем это можно объяснить с помощью современного понимания физики.

Это несоответствие между моделью и данными стало известно как напряжение Хаббла. Теперь новые результаты, опубликованные в Astrophysical Journal Letters, предоставляют еще более весомые доказательства более высокой скорости расширения. «Напряжение теперь перерастает в кризис», — сказал Дэн Сколник, возглавлявший исследовательскую группу.

Определение скорости расширения Вселенной, известной как постоянная Хаббла, является важнейшей научной задачей с 1929 года, когда Эдвин Хаббл впервые обнаружил, что Вселенная расширяется.

Дэн Сколник, доцент физики в Университете Дьюка, объясняет это как попытку построить график роста Вселенной: мы знаем, какой у нее был размер при Большом взрыве, но как она достигла нынешних размеров? По его аналогии, детская фотография Вселенной представляет собой далекую Вселенную, изначальные семена галактик. Текущий портрет Вселенной представляет собой локальную Вселенную, которая содержит Млечный Путь и его соседей. Стандартная модель космологии — это кривая роста, соединяющая их. Проблема в том, что вещи не связаны.

«Это говорит о том, что в некотором смысле наша модель космологии может быть нарушена», — сказал Дэн Сколник.

Для измерения Вселенной необходима так называемая «космическая лестница», представляющая собой последовательность методов, используемых для измерения расстояний до небесных объектов, причем каждый метод, или «ступенька», опирается на предыдущий для калибровки.

Лестница, которую берут за основу Дэн Сколник и его коллеги, была создана отдельной научной группой с использованием данных спектроскопического прибора темной энергии (DESI), который каждую ночь наблюдает более 100 000 галактик со своей точки наблюдения в обсерватории Китт-Пик.

Ученые поняли, что эту лестницу можно «закрепить» ближе к Земле, указав более точное расстояние до скопления Волос Вероники, одного из ближайших к нам скоплений галактик.

«Сотрудничество DESI проделало самую сложную работу, в их лестнице не хватало первой ступеньки», — сказал Дэн Сколник. «Я знал, как это сделать, и я знал, что это даст нам одно из самых точных измерений постоянной Хаббла, которые мы могли получить, поэтому, когда вышла их статья, я бросил абсолютно все и работал над этим без остановки».

Чтобы получить точное расстояние до скопления Волосы Вероники (Coma), ученые использовали кривые блеска 12 сверхновых типа Ia внутри скопления. Так же, как свечи, освещающие темный путь, сверхновые типа Ia имеют предсказуемую светимость, которая коррелирует с их расстоянием, что делает их надежными объектами для расчета расстояний.

Группа ученых достигла расстояния около 320 миллионов световых лет, почти в центре диапазона расстояний, зафиксированных за 40 лет предыдущих исследований, что является обнадеживающим признаком точности ее результатов.

«Это измерение не предвзято по поводу того, как, по нашему мнению, закончится история напряженности Хаббла», — сказал Дэн Сколник. «Это скопление находится у нас на заднем дворе, его измерили задолго до того, как кто-либо узнал, насколько оно будет важным».

Используя это высокоточное измерение в качестве первой ступени, исследователи откалибровали остальную часть космической лестницы расстояний. Они пришли к значению постоянной Хаббла 76,5 километров в секунду на мегапарсек, что по сути означает, что локальная Вселенная расширяется на 76,5 километров в секунду быстрее каждые 3,26 миллиона световых лет.

Это значение соответствует существующим измерениям скорости расширения локальной Вселенной. Однако, как и все эти измерения, оно противоречит измерениям постоянной Хаббла с использованием предсказаний из далекой Вселенной. Другими словами: оно соответствует скорости расширения Вселенной, которую недавно измерили другие научные группы, но не так, как предсказывает наше текущее понимание физики. Давний вопрос: ошибка в измерениях или в моделях?

Новые результаты вносят весомый вклад в подтверждение формирующейся картины, согласно которой корень противоречий кроется именно в моделях.

«За последние десять лет или около того научное сообщество провело много повторных анализов, чтобы убедиться, что изначальные результаты моей команды были верны», — сказал Дэн Сколник, чьи исследования постоянно подвергали сомнению постоянную Хаббла, предсказанную с помощью стандартной модели физики. «В конечном итоге, даже несмотря на то, что мы меняем местами так много частей, мы все равно получаем очень похожее число. Так что для меня это самое хорошее подтверждение, которое когда-либо было».

«Мы находимся на том этапе, когда мы смотрим на модели, которые мы использовали в течение двух с половиной десятилетий, и видим, что они не совпадают. Это может изменить наши представления о Вселенной, и это захватывающе! В космологии еще остались сюрпризы, и кто знает, какие открытия нас ждут в будущем?»