В дебатах о расширяющейся вселенной конфликта может и не быть

Наша Вселенная расширяется, но два основных способа измерить, насколько быстро это расширение происходит, дают разные ответы. За последнее десятилетие астрофизики постепенно разделились на два лагеря: одни считают, что разница принципиальна, а другие, что это может быть связано с ошибками в измерениях.

Если окажется, что ошибки вызывают несоответствие, это подтвердит основную модель того, как работает Вселенная. Другая возможность представляет собой нить, которая, если ее потянуть, может предположить, что для того, чтобы снова сшить все вместе, требуется некоторая фундаментальная недостающая новая физика. В течение нескольких лет каждое новое свидетельство, полученное в телескопы, раскачивало аргументы взад и вперед, вызывая то, что было названо «напряжением Хаббла».

Венди Фридман, известный астроном и профессор астрономии и астрофизики Университета Джона и Мэрион Салливан в Чикагском университете, осуществила несколько первоначальных измерений скорости расширения Вселенной, которые привели к более высокому значению постоянной Хаббла. Но в новой  статье, принятой в Astrophysical Journal, Фридман дает обзор самых последних наблюдений. Ее вывод: последние наблюдения начинают сокращать разрыв.

То есть конфликта все-таки может и не быть, и наша стандартная модель Вселенной не нуждается в значительных изменениях.

Скорость, с которой расширяется Вселенная, называется постоянной Хаббла, названной в честь астрофизика Эдвина Хаббла, которому приписывают открытие расширения Вселенной в 1929 году. Ученые хотят точно определить эту скорость, потому что постоянная Хаббла связана с возрастом Вселенной и тем, как она развивалась с течением времени.

Существенная разница появилась в последнее десятилетие, когда результаты двух основных методов измерения начали расходиться. Но ученые все еще спорят о значении несоответствия.

Один из способов измерить постоянную Хаббла — посмотреть на очень слабый свет, оставшийся после Большого взрыва, который называется космическим микроволновым фоном. Это было сделано как в космосе, так и на Земле. Ученые могут внести эти наблюдения в свою «стандартную модель» ранней Вселенной и прогнать ее вперед во времени, чтобы предсказать, какой должна быть постоянная Хаббла сегодня; они получают ответ 67,4 километра в секунду на мегапарсек.

Другой метод — посмотреть на звезды и галактики в ближайшей Вселенной, измерить их расстояния и скорость их удаления от нас. Венди Фридман была ведущим специалистом по этому методу на протяжении многих десятилетий.

В 2001 году ее команда провела одно из знаковых измерений с помощью космического телескопа Хаббл для звезд, называемых цефеидами. Они нашли значение 72 километра в секунду на мегапарсек. С тех пор Фридман продолжала измерять цефеиды, каждый раз просматривая все больше данных телескопа; однако в 2019 году она и ее коллеги опубликовали ответ, основанный на совершенно другом методе с использованием звезд, называемых красными гигантами. Идея заключалась в том, чтобы перепроверить цефеиды независимым методом.

Красные гиганты — очень большие и светящиеся звезды, которые всегда достигают одной и той же максимальной яркости, прежде чем быстро угаснуть. Если ученые смогут точно измерить фактическую или внутреннюю пиковую яркость красных гигантов, они смогут затем измерить расстояния до их родительских галактик, что является важной, но сложной частью уравнения. Ключевой вопрос — насколько точны эти измерения.

В первой версии этого расчета в 2019 году для калибровки светимости красных гигантов использовалась одна очень близкая галактика. За последние два года Фридман и ее сотрудники провели подсчеты для нескольких различных галактик и звездных популяций. «В настоящее время существует четыре независимых способа калибровки светимости красных гигантов, и они согласуются с точностью до 1% друг от друга», — сказала Фридман. «Это указывает на то, что это действительно хороший способ измерения расстояния».

«Я действительно хотела внимательно посмотреть и на цефеид, и на красных гигантов. Я хорошо знаю их сильные и слабые стороны», — сказала Фридман. «Я пришла к выводу, что нам не нужна фундаментальная новая физика для объяснения различий в скорости локального и удаленного расширения. Новые данные о красных гигантах показывают, что они согласованы».

Аспирант Чикагского университета Тейлор Хойт, который проводил измерения звезд красных гигантов в якорных галактиках, добавил: «Мы продолжаем измерять и тестировать ветви красных гигантов разными способами, и они продолжают превосходить наши ожидания».

Значение постоянной Хаббла, полученное командой Венди Фридман от красных гигантов, составляет 69,8 км / с / Мпк — практически то же самое, что и значение, полученное в эксперименте с космическим микроволновым фоном. «Никакой новой физики не требуется», — говорит Венди Фридман.

Расчеты с использованием звезд цефеид по-прежнему дают более высокие цифры, но, согласно анализу Фридман, разница может не вызывать беспокойства. «Звезды цефеиды всегда были немного шумнее и их было немного сложнее понять; это молодые звезды в активных областях звездообразования галактик, а это означает, что есть вероятность, что такие вещи, как пыль или загрязнения от других звезд, могут влиять на ваши измерения «, — объяснила она.

По ее мнению, конфликт можно разрешить с помощью более точных данных.

В следующем году, после запуска космического телескопа Джеймс Уэбб, ученые начнут собирать эти новые наблюдения. Фридман и ее сотрудники уже получили время на телескопе для крупной программы по проведению большего количества измерений как цефеид, так и звезд красных гигантов. «Джеймс Уэбб даст нам более высокую чувствительность и разрешение, и данные станут лучше, очень, очень скоро», — сказала Венди Фридман.