Данные, полученные с помощью космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», говорят, что Вселенная расширяется не с той скоростью, которую предсказывает современная физика. Это несоответствие, получившее название «напряжение Хаббла», из мелкой нестыковки превращается в большую проблему для науки. Новые данные, полученные с помощью детектора темной энергии DESI (ссылка на исследование в комментариях), только усугубляют ситуацию. И пока неясно, к каким последствиям она приведёт.
Космические телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб»
Что за постоянная Хаббла и как её измеряют
Давайте по порядку. Начнем, пожалуй, с самой важной константы в современной космологии — постоянной Хаббла.
Ещё в начале прошлого столетия астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики не стоят на месте, а удаляются от нас, причём чем дальше галактика, тем быстрее она «убегает», т. е. Вселенная расширяется. Открытие этого расширения стало одним из величайших научных прорывов XX века. Так вот, постоянная, названная в честь Эдвина Хаббла, как раз и показывает, насколько быстро происходит это «разбегание» галактик.
Если говорить простым языком, Постоянная Хаббла — это показатель скорости расширения Вселенной. Измеряется в километрах в секунду на мегапарсек и, по сути, отражает темп расширения космического пространства, которое, как считается, началось ещё около 13,8 миллиарда лет назад после Большого взрыва. Один мегапарсек — это примерно 3,26 миллиона световых лет, огромное расстояние даже по космическим меркам.
А как же измеряют эту загадочную величину? Учёные используют два основных метода, которые считаются, ни много ни мало, золотым стандартом в космологии.
Метод первый: изучение отголосков Большого взрыва
Карта (панорама) анизотропии реликтового излучения (горизонтальная полоса — засветка от галактики Млечный Путь)
Речь идёт о космическом микроволновом фоне, или реликтовом излучении. Это, по сути, свет, оставшийся от Большого взрыва — того самого момента, когда, как считается, родилась наша Вселенная. Изучая мельчайшие неоднородности этого «эха», астрономы могут заглянуть в далёкое прошлое и определить, с какой скоростью расширялась Вселенная в ту эпоху.
Метод второй: космические «маяки»
Здесь астроному ориентируются на цефеиды — пульсирующие звёзды, яркость которых меняется с определённой периодичностью. А ещё сверхновые звезды типа Ia, которые вспыхивают с одинаковой светимостью, где бы во Вселенной они ни находились. Так вот, цефеиды — это своего рода космические маяки, по которым можно определять расстояния до далёких галактик. Зная истинную яркость цефеиды и измерив её видимую яркость с Земли, можно рассчитать расстояние до неё. А сверхновые типа Ia служат своеобразными «реперными точками», позволяющими калибровать шкалу расстояний.
Измеряя расстояния до цефеид и сверхновых в разных галактиках и сопоставляя их с тем, насколько быстро эти галактики от нас удаляются (это определяется по красному смещению в их спектрах), астрономы могут построить так называемую «космическую лестницу расстояний» и вычислить постоянную Хаббла.
Оба метода, надо сказать, весьма точны и проверены временем. Но вот тут-то и появляется проблема...
В чём же, собственно, проблема
А проблема, дорогие читатели, в том, что результаты двух методов не сходятся. Измерения, основанные на изучении реликтового излучения (данные, полученные европейским спутником Planck), дают одно значение постоянной Хаббла — примерно 67 км/с на мегапарсек. А измерения, выполненные с помощью цефеид и сверхновых, — другое, заметно большее: около 73 км/с на мегапарсек.
Много это или мало? Смотря с чем сравнивать. Если перевести в более привычные единицы, то разница составит около 9%. На первый взгляд, не так уж и много. Но для космологии, где точность измерений играет решающую роль, это колоссальная величина.
Учёные уже не раз перепроверяли данные, искали возможные ошибки и систематические погрешности — но всё тщетно. Разница между двумя значениями постоянной Хаббла не просто выходит за рамки статистической погрешности, а представляет собой явное противоречие, которое никак не удаётся объяснить в рамках существующих теорий.
Ситуация, мягко говоря, щекотливая и учёные ломают голову, пытаясь понять, где же кроется подвох.
Новое исследование усугубило ситуацию
Недавно в журнале The Astrophysical Journal Letters были опубликованы результаты нового исследования (ссылка в комментариях), которое ещё больше обострило ситуацию. Группа учёных под руководством Дэна Сколника из Университета Дьюка использовала данные спектроскопического прибора тёмной энергии (DESI) и измерения расстояния до скопления галактик Кома, чтобы ещё раз проверить значение постоянной Хаббла, чтобы исключить возможные ошибки.
DESI установлен на 4-метровом телескопе имени Николаса У. Мейолла в обсерватории Китт-Пик
DESI — это уникальный инструмент, который позволяет с высокой точностью измерять положение миллионов галактик и изучать, как Вселенная расширялась на протяжении последних 11 миллиардов лет. А скопление Кома — это близкая к нам группа галактик, расстояние до которой, казалось бы, хорошо известно.
И что же? Новое исследование не только не разрешило загадку, но и подлило масла в огонь. Значение постоянной Хаббла, полученное с помощью DESI и скопления Кома, оказалось ещё больше — 76,5 км/с на мегапарсек. Это ещё сильнее расходится с данными, полученными по реликтовому излучению.
Всё, что мы знали о Вселенной, неверно?
Ну, не всё так плохо. Или, наоборот, всё настолько непонятно, что даже хорошо — смотря с какой стороны посмотреть. Очевидно одно: «напряжение Хаббла» это серьёзная проблема для современной космологии. Она указывает на то, что в наших теориях чего-то не хватает, что-то упущено из виду и, возможно, нам придётся переписать учебники по физике.
Какие же есть варианты? Учёные рассматривают несколько возможных объяснений.
- Неизвестные систематические ошибки. Возможно, в одном из методов измерений (или даже в обоих) есть какие-то неучтённые систематические ошибки, которые искажают результаты. Хотя, честно говоря, этот вариант кажется всё менее вероятным — слишком уж тщательно всё перепроверяли.
- Новая физика. Не исключено, что «напряжение Хаббла» — это проявление какой-то новой, ещё не открытой физики. Может быть, тёмная энергия (субстанция, которая, как считается, заставляет Вселенную расширяться с ускорением) ведёт себя не так, как считалось ранее. Или, может, существуют какие-то неизвестные частицы или взаимодействия, которые влияют на расширение Вселенной.
- Пересмотр стандартной модели космологии. Наконец, не исключено, что придётся пересмотреть саму стандартную модель космологии — теорию, которая описывает эволюцию Вселенной с момента Большого взрыва до наших дней.
Что же нас ждёт впереди? А вот этого, не знает никто. Будущее космологии туманно, но очень интересно. Одно можно сказать наверняка: нас ждут большие перемены в понимании окружающего мира.