Время в ранней Вселенной текло в 5 раз медленнее

Из-за специфического эффекта, который скорость оказывает на ход времени, наблюдения создают впечатление, будто время текло медленнее, когда Вселенная была еще очень молодой. По крайней мере, так это кажется нам, учитывая время прохождения света почти в 13 миллиардов лет.

Это называется замедлением времени, и астрофизики Герайнт Льюис из Сиднейского университета в Австралии и Брендон Брюэр из Оклендского университета впервые наблюдали его в ранней Вселенной, изучая флуктуации ярких галактик, называемых галактиками-квазарами, во время Космического Рассвета — времени первых звезд.

Они обнаружили, что из-за ускоряющегося расширения Вселенной мы видим, что эти флуктуации разворачиваются в пять раз медленнее, чем если бы они происходили поблизости.

Это самое далекий эффект замедление времени в действии, который когда-либо видели, и он решает несколько проблем. Он показывает, что квазары не только согласуются со стандартной моделью космологии, но и с тем, что мы можем учитывать замедление времени при изучении их поведения.

«Оглядываясь на то время, когда Вселенной было чуть более миллиарда лет, мы видим, что время течет в пять раз медленнее», — объясняют ученые. «Если бы вы были там, в этой новорожденной Вселенной, одна секунда показалась бы вам одной секундой, но с нашей точки зрения, более чем на 12 миллиардов лет вперед, это раннее время кажется растянутым».

Хотя это и не особо заметно в нашей повседневной жизни, пространство и время во Вселенной неразрывно связаны. Так мы можем наблюдать ускоряющееся расширение Вселенной. Свет с гораздо более дальних расстояний растягивается по мере расширения пространства, смещаясь в сторону более длинных и красных длин волн, чем больше расстояние до источника.

Этот эффект называется эффектом Доплера, и его можно испытать и здесь, на Земле. Подумайте о том, как звук сирены машины скорой помощи, кажется, растягивается, когда машина уезжает от вас.

В этой аналогии скорая помощь становится далекой галактикой, а свет — сиреной. В источнике излучение нормальное, но с нашей точки зрения оно становится все более растянутым.

Нечто подобное должно происходить — и происходит — со временем, что астрономы видели во взрывах сверхновых примерно на полпути через наблюдаемую Вселенную.

Для нас время течет нормально. Тому, кто находится рядом со взрывом сверхновой, время тоже кажется обычным. Но из-за относительной скорости между двумя точками сверхновая кажется нам замедленной.

Было предсказано, что квазары в ранней Вселенной должны демонстрировать аналогичный эффект, но это объекты, отличные от сверхновых. Галактики-квазары — это галактики, в центре которых находится активно питающаяся сверхмассивная черная дыра. Процесс «питания» (поглощения материала) производит много света, поскольку материал вокруг черной дыры нагревается, мерцая от турбулентности.

«Там, где сверхновые действуют как одиночная вспышка света, что облегчает их изучение, квазары более сложны, они как непрекращающийся фейерверк», — говорят ученые. «Что мы сделали, так это разобрали этот фейерверк, показав, что квазары тоже можно использовать в качестве стандартных маркеров времени для ранней Вселенной».

Исследователи изучили выборку из 190 квазаров возрастом от 2,45 до 12,17 миллиардов лет назад (Большой взрыв произошел 13,8 миллиарда лет назад), при этом данные в диапазоне длин волн были получены за период времени в два десятилетия. У них было около 200 наблюдений для каждого квазара, что позволило детально реконструировать их колебания.

Раньше ученые думали, что изменчивость квазаров не проявляет эффектов замедления времени, но выборки были небольшими и квазары наблюдались в течение гораздо более короткого периода времени.

Значительно увеличив как количество квазаров, так и продолжительность наблюдений, ученые обнаружили, что они действительно мерцают в замедленном режиме по сравнению с более поздними квазарами.

«Более ранние исследования заставляли людей сомневаться в том, что квазары действительно являются космологическими объектами, и даже верна ли идея расширения пространства», — говорит Герайнт Льюис. «Однако с помощью новых данных и анализа мы смогли обнаружить неуловимую особенность квазаров, и они ведут себя именно так, как предсказывает теория относительности Эйнштейна».

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.