"Уэбб" подтвердил расходящееся с теорией значение скорости расширения Вселенной

Новые наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба позволяют предположить, что новая особенность Вселенной, а не ошибка в измерениях телескопа, может стоять за загадкой, почему Вселенная сейчас расширяется быстрее, чем это было в начале своего существования миллиарды лет назад.

Об этом рассказывают в Университете Джона Хопкинса, передают OstanniPodii.com.

Новые данные подтверждают измерения космическим телескопом "Хаббл" расстояний между ближайшими звездами и галактиками, предлагая важную перекрестную проверку для решения проблемы несоответствия в измерениях загадочного расширения Вселенной. Это расхождение, известное как "напряженность Хаббла", остается необъяснимым даже самыми лучшими космологическими моделями.

"Расхождение между наблюдаемой скоростью расширения Вселенной и прогнозами стандартной модели свидетельствует о том, что наше понимание Вселенной может быть неполным", - сказал нобелевский лауреат и ведущий автор исследования Адам Рисс, профессор физики и астрономии в Университете Джона Хопкинса. "Теперь, когда два флагманских телескопа НАСА подтверждают выводы друг друга, мы должны отнестись к этой проблеме [напряженности Хаббла] очень серьезно -- это вызов, но также и невероятная возможность узнать больше о нашей Вселенной".

Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, основывается на Нобелевском открытии Рисса о том, что расширение Вселенной ускоряется благодаря таинственной "темной энергии", которая пронизывает огромные промежутки пространства между звездами и галактиками.

Команда Рисса использовала самую большую выборку данных "Уэбба", собранных за первые два года его пребывания в космосе, чтобы проверить измерения телескопом "Хаббл" скорости расширения Вселенной -- число, известное как постоянная Хаббла. Они использовали три различных метода для измерения расстояний до галактик, в которых родились сверхновые, сосредоточившись на расстояниях, ранее измеренных телескопом "Хаббл", которые, как известно, дают самые точные "локальные" измерения этого числа. Наблюдения с обоих телескопов совпали, показав, что измерения "Хаббла" являются точными, и исключив неточность, достаточно большую, чтобы объяснить напряженность ошибкой "Хаббла".

Однако постоянная Хаббла остается загадкой, поскольку измерения, основанные на телескопических наблюдениях современной Вселенной, дают более высокие значения по сравнению с прогнозами, сделанными с помощью "стандартной модели космологии" -- широко принятой концепции работы Вселенной, откалиброванной по данным космического микроволнового фона, слабого излучения, оставшегося после Большого взрыва.

В то время как стандартная модель дает постоянную Хаббла около 67-68 километров в секунду на мегапарсек, измерения, основанные на наблюдениях телескопов, регулярно дают более высокое значение -- от 70 до 76, со средним значением 73 км/с/Мпк. Это несоответствие озадачивало космологов более десяти лет, поскольку разница в 5-6 км/с/Мпк является слишком большой, чтобы объяснить её просто недостатками в измерении или технике наблюдений. (Мегапарсек -- это огромные расстояния. Каждый из них составляет 3,26 миллиона световых лет, а световой год -- это расстояние, которое свет проходит за один год: 9,4 триллиона километров).

Поскольку новые данные "Уэбба" исключают значительные погрешности в измерениях "Хаббла", напряженность Хаббла может быть следствием неизвестных факторов или пробелов в понимании космологами физики, которые еще предстоит обнаружить, сообщает команда Рисса.

"Данные "Уэбба" -- это как бы первый взгляд на Вселенную в высоком разрешении, и они действительно улучшают соотношение сигнал/шум измерений", - сказал Сиян Ли, аспирант, работавший над исследованием в Университете Джона Хопкинса.

Новое исследование охватило примерно треть полной выборки галактик "Хаббла", используя известное расстояние до галактики под названием NGC 4258 в качестве точки отсчета. Несмотря на меньший набор данных, команда достигла удивительной точности, показав различия между измерениями менее 2% -- намного меньше, чем примерно 8-9% размера расхождения напряженности Хаббла.

В дополнение к анализу пульсирующих звезд, так называемых переменных цефеид, золотого стандарта для измерения космических расстояний, команда провела перекрестную проверку измерений на основе богатых углеродом звезд и самых ярких красных гигантов в тех же галактиках. Все галактики, которые наблюдал "Уэбб" вместе с их сверхновыми, дали значение постоянной Хаббла 72,6 км/с/Мпк, что почти идентично значению 72,8 км/с/Мпк, найденному "Хабблом" для тех же галактик.

Исследование включало выборки данных "Уэбба" от двух групп, работающих независимо над уточнением постоянной Хаббла: команды Рисса SH0ES (Сверхновая, H0, для уравнения состояния темной энергии) и команды программы "Хаббла" Карнеги-Чикаго, а также от других команд. Комбинированные измерения дают самое точное определение точности расстояний, измеренных с помощью телескопа "Хаббл" до цефеид, которые являются фундаментальными для определения постоянной Хаббла.

Хотя постоянная Хаббла не имеет практического влияния на Солнечную систему, Землю или повседневную жизнь, она раскрывает эволюцию Вселенной в чрезвычайно больших масштабах, когда огромные пространства космоса растягивают и отталкивают отдаленные галактики друг от друга, как изюминки в поднимающемся тесте. Это ключевая величина, которую ученые используют для картирования структуры Вселенной, углубления понимания ее состояния через 13-14 миллиардов лет после Большого взрыва и вычисления других фундаментальных аспектов космоса.

Решение проблемы напряженности Хаббла может открыть новые возможности для понимания большего количества разногласий со стандартной космологической моделью, которые выяснились в последние годы, считает Марк Камионковски, космолог из Университета Джонса Хопкинса, который помог вычислить постоянную Хаббла и недавно помог разработать возможное новое объяснение напряженности.

Стандартная модель объясняет эволюцию галактик, космический микроволновой фон от Большого взрыва, распространенность химических элементов во Вселенной и многие другие ключевые наблюдения на основе известных законов физики. Однако она не полностью объясняет природу темной материи и темной энергии, загадочных компонентов Вселенной, которые, по оценкам, отвечают за 96% ее состава и ускоренное расширение.

"Одно из возможных объяснений напряженности Хаббла заключается в том, что в нашем понимании ранней Вселенной чего-то не хватает, например, нового компонента материи -- ранней темной энергии, которая дала неожиданный толчок Вселенной после Большого взрыва", - сказал Камионковски, который не участвовал в новом исследовании. "Существуют и другие идеи, такие как странные свойства темной материи, экзотические частицы, изменение массы электронов или первоначальные магнитные поля, которые могут сыграть свою роль. Теоретики имеют право быть достаточно креативными".

• телескоп Уэбба
• расширение Вселенной