Телескоп Джеймс Уэбб подтверждает данные Хаббла о скорости расширения Вселенной, но загадка остается

Когда вы пытаетесь решить одну из самых больших загадок космологии, вам следует все многократно проверить. Загадка, получившая название «Напряженность Хаббла» (или напряжение Хаббла), заключается в том, что нынешняя скорость расширения Вселенной выше, чем ожидают астрономы, исходя из начальных условий Вселенной и нашего нынешнего понимания эволюции Вселенной.

Ученые, использующие космический телескоп «Хаббл» и многие другие телескопы, постоянно находят число, которое не соответствует предсказаниям, основанным на наблюдениях миссии «Планк» ЕКА (Европейского космического агентства). Требует ли разрешение этого несоответствия новой физики? Или это результат ошибок измерения между двумя разными методами, используемыми для определения скорости расширения пространства?

Хаббл измеряет текущую скорость расширения Вселенной уже 30 лет, и астрономы хотят устранить любые сомнения в его точности. Теперь Хаббл и космический телескоп Джеймс Уэбб объединились для проведения точных измерений, что подтверждает предположение о том, что на скорость расширения влияет что-то еще, а не ошибки измерений.

«Если ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную», — сказал Адам Рисс, физик из Университета Джона Хопкинса. Он получил Нобелевскую премию за открытие того факта, что расширение Вселенной ускоряется из-за загадочного явления, которое теперь называется «темной энергией».

В качестве перекрестной проверки первоначальное наблюдение Уэбба в 2023 году подтвердило, что измерения Хаббла расширяющейся Вселенной были точными. Однако, надеясь снять «напряжение Хаббла», некоторые ученые предположили, что невидимые ошибки в измерениях могут расти и становиться видимыми по мере того, как мы смотрим глубже во Вселенную. В частности, звездное скопление может систематически влиять на измерения яркости более отдаленных звезд.

Команда ученых под руководством Рисса получила дополнительные наблюдения с Уэббом за объектами, которые являются критическими космическими маркерами, известными как переменные звезды цефеиды, которые теперь можно коррелировать с данными Хаббла.

«Теперь мы охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и можем с очень высокой уверенностью исключить ошибку измерения как причину Хаббловского напряжения», — сказал Адам Рисс.

Первые несколько наблюдений команды Уэбба в 2023 году оказались успешными и показали, что Хаббл находится на правильном пути, твердо устанавливая точность первых ступенек так называемой лестницы космических расстояний.

Астрономы используют различные методы для измерения относительных расстояний во Вселенной, в зависимости от наблюдаемого объекта. В совокупности эти методы известны как лестница космических расстояний — каждая ступенька или метод измерения опирается на предыдущий шаг калибровки.

Но некоторые астрономы предположили, что при движении вперед по «второй ступеньке» лестница космических расстояний может пошатнуться, если измерения цефеид станут менее точными с увеличением расстояния. Такие неточности могут возникнуть из-за того, что свет цефеиды может смешиваться со светом соседней звезды – эффект, который может становиться более выраженным с расстоянием, поскольку звезды «сбиваются» вместе и их становится труднее отличить друг от друга.

Проблема наблюдений заключается в том, что прошлые изображения этих более удаленных переменных цефеид, полученные Хабблом, выглядят более сгущенными и перекрывающимися с соседними звездами на все более отдаленных расстояниях между нами и их родительскими галактиками, что требует тщательного учета этого эффекта.

Наличие пыли еще больше усложняет точность измерений в видимом свете. Уэбб «убирает» пыль и естественным образом изолирует цефеиды от соседних звезд, поскольку его зрение в инфракрасных длинах волн острее, чем у Хаббла.

«Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее от обоих инструментов. Мы обнаруживаем, что измерения Хаббла остаются надежными по мере того, как мы поднимаемся дальше по лестнице космических расстояний», — сказал Адам Рисс.

Новые наблюдения Уэбба включают в себя пять галактик-хозяев восьми сверхновых типа Ia, содержащих в общей сложности 1000 цефеид, и достигают самой дальней галактики, где цефеиды были хорошо измерены, — NGC 5468 — на расстоянии 130 миллионов световых лет.

«Это охватывает весь диапазон, в котором мы проводили измерения с помощью Хаббла. Итак, мы подошли к концу второй ступени лестницы космических расстояний», — сказал соавтор Гагандип Ананд из Научного института космического телескопа в Балтиморе, который управляет телескопами Уэбб и Хаббл для НАСА.

Дальнейшее подтверждение Хабблом и Уэббом «напряжения Хаббла» побуждает другие обсерватории, возможно, разгадать эту тайну. Будущий космический телескоп Nancy Grace Roman Space Telescope, запуск которого запланирован на май 2027 года, проведет обширные исследования, чтобы изучить влияние загадочной темной энергии, которая вызывает ускорение расширения Вселенной. Обсерватория Евклид ЕКА при участии НАСА преследует аналогичную задачу.

В настоящее время это похоже на то, как если бы лестница расстояний, наблюдаемая Хабблом и Уэббом, прочно установила точку привязки на одном берегу реки, а послесвечение большого взрыва, наблюдаемое планковскими измерениями с начала Вселенной, прочно закрепилось на другом берегу. Как менялось расширение Вселенной за миллиарды лет между этими двумя конечными точками, еще предстоит наблюдать напрямую.

«Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы что-то в том, как связать начало Вселенной и наши дни», — сказал Адам Рисс.

Эти открытия были опубликованы в выпуске The Astrophysical Journal Letters.