"Вебб" підтвердив розбіжне з теорією значення швидкості розширення Всесвіту

Нові спостереження за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба дозволяють припустити, що нова особливість Всесвіту, а не помилка у вимірах телескопа, може стояти за загадкою, чому Всесвіт зараз розширюється швидше, ніж це було на початку свого існування мільярди років тому.

Про це розповідають в Університеті Джона Гопкінса, передають OstanniPodii.com.

Нові дані підтверджують вимірювання космічним телескопом "Габбл" відстаней між найближчими зорями й галактиками, пропонуючи важливу перехресну перевірку для вирішення проблеми невідповідності у вимірах загадкового розширення Всесвіту. Ця розбіжність, відома як "напруженість Габбла", залишається непоясненою навіть найкращими космологічними моделями.

"Розбіжність між спостережуваною швидкістю розширення Всесвіту та прогнозами стандартної моделі свідчить про те, що наше розуміння Всесвіту може бути неповним", - сказав нобелівський лауреат і провідний автор дослідження Адам Рісс, професор фізики та астрономії в Університеті Джона Гопкінса. "Тепер, коли два флагманські телескопи НАСА підтверджують висновки один одного, ми повинні поставитися до цієї проблеми [напруженості Габбла] дуже серйозно -- це виклик, але також і неймовірна можливість дізнатися більше про наш Всесвіт".

Дослідження, опубліковане в The Astrophysical Journal, ґрунтується на Нобелівському відкритті Рісса про те, що розширення Всесвіту прискорюється завдяки таємничій "темній енергії", яка пронизує величезні проміжки простору між зорями й галактиками.

Команда Рісса використала найбільшу вибірку даних "Вебба", зібраних за перші два роки його перебування в космосі, щоб перевірити вимірювання телескопом "Габбл" швидкості розширення Всесвіту -- число, відоме як постійна Габбла. Вони використовували три різні методи для вимірювання відстаней до галактик, в яких народилися наднові, зосередившись на відстанях, раніше виміряних телескопом "Габбл", які, як відомо, дають найточніші "локальні" вимірювання цього числа. Спостереження з обох телескопів збіглися, показавши, що вимірювання "Габбла" є точними, і виключивши неточність, достатньо велику, щоб пояснити напруженість помилкою "Габбла".

Проте постійна Габбла залишається загадкою, оскільки вимірювання, засновані на телескопічних спостереженнях сучасного Всесвіту, дають вищі значення порівняно з прогнозами, зробленими за допомогою "стандартної моделі космології" -- широко прийнятої концепції роботи Всесвіту, відкаліброваної за даними космічного мікрохвильового фону, слабкого випромінювання, що залишилося після Великого вибуху.

У той час як стандартна модель дає постійну Габбла близько 67-68 кілометрів на секунду на мегапарсек, вимірювання, засновані на спостереженнях телескопів, регулярно дають більш високе значення -- від 70 до 76, із середнім значенням 73 км/с/Мпк. Ця невідповідність спантеличувала космологів понад десять років, оскільки різниця в 5-6 км/с/Мпк є занадто великою, щоб пояснити її просто недоліками у вимірюванні або техніці спостережень. (Мегапарсек -- це величезні відстані. Кожен з них становить 3,26 мільйона світлових років, а світловий рік -- це відстань, яку світло проходить за один рік: 9,4 трильйона кілометрів).

Оскільки нові дані "Вебба" виключають значні похибки у вимірюваннях "Габбла", напруженість Габбла може бути наслідком невідомих факторів або прогалин у розумінні космологами фізики, які ще належить виявити, повідомляє команда Рісса.

"Дані "Вебба" -- це ніби перший погляд на Всесвіт у високій роздільній здатності, і вони дійсно покращують співвідношення сигнал/шум вимірювань", - сказав Сіян Лі, аспірант, який працював над дослідженням в Університеті Джона Хопкінса.

Нове дослідження охопило приблизно третину повної вибірки галактик "Габбла", використовуючи відому відстань до галактики під назвою NGC 4258 як точку відліку. Попри менший набір даних, команда досягла дивовижної точності, показавши відмінності між вимірюваннями менш як 2% -- набагато менше, ніж приблизно 8-9% розміру розбіжності напруженості Габбла.

На додаток до аналізу пульсуючих зірок, так званих змінних цефеїд, золотого стандарту для вимірювання космічних відстаней, команда провела перехресну перевірку вимірювань на основі багатих на вуглець зірок і найяскравіших червоних гігантів в тих же галактиках. Всі галактики, які спостерігав "Вебб" разом з їхніми надновими, дали значення постійної Габбла 72,6 км/с/Мпк, що майже ідентичне значенню 72,8 км/с/Мпк, знайденому "Габблом" для тих самих галактик.

Дослідження включало вибірки даних "Вебба" від двох груп, які працюють незалежно над уточненням постійної Габбла: команди Рісса SH0ES (Наднова, H0, для рівняння стану темної енергії) і команди програми "Габбла" Карнегі-Чикаго, а також від інших команд. Комбіновані вимірювання дають найточніше визначення точності відстаней, виміряних за допомогою телескопа "Габбл" до цефеїд, які є фундаментальними для визначення постійної Габбла.

Хоча постійна Габбла не має практичного впливу на Сонячну систему, Землю чи повсякденне життя, вона розкриває еволюцію Всесвіту у надзвичайно великих масштабах, коли величезні простори космосу розтягують і відштовхують віддалені галактики одна від одної, наче родзинки у тісті, що підіймається. Це ключова величина, яку вчені використовують для мапування структури Всесвіту, поглиблення розуміння його стану через 13-14 мільярдів років після Великого вибуху та обчислення інших фундаментальних аспектів космосу.

Розв'язання проблеми напруженості Габбла може відкрити нові можливості для розуміння більшої кількості розбіжностей зі стандартною космологічною моделлю, які з'ясувалися в останні роки, вважає Марк Каміонковскі, космолог з Університету Джонса Гопкінса, який допоміг обчислити постійну Габбла та нещодавно допоміг розробити можливе нове пояснення напруженості.

Стандартна модель пояснює еволюцію галактик, космічний мікрохвильовий фон від Великого вибуху, поширеність хімічних елементів у Всесвіті та багато інших ключових спостережень на основі відомих законів фізики. Однак вона не повністю пояснює природу темної матерії та темної енергії, загадкових компонентів Всесвіту, які, за оцінками, відповідають за 96% його складу й прискорене розширення.

"Одне з можливих пояснень напруженості Хаббла полягає в тому, що в нашому розумінні раннього Всесвіту чогось не вистачає, наприклад, нового компонента матерії -- ранньої темної енергії, яка дала несподіваний поштовх Всесвіту після Великого вибуху", - сказав Каміонковскі, який не брав участі в новому дослідженні. "Існують й інші ідеї, такі як дивні властивості темної матерії, екзотичні частинки, зміна маси електронів або первісні магнітні поля, які можуть зіграти свою роль. Теоретики мають право бути досить креативними".