Проведено уточнение константы Хаббла
В 1920-х годах Эдвин Хаббл сделал потрясающее откровение о том, что Вселенная находилась в состоянии расширения. Первоначально рассмотренное как следствие Теории Общей Относительности Эйнштейна, это подтверждение привело к тому, что стало известно как константа Хаббла. В течение десятилетий, и благодаря развертыванию телескопов следующего поколения, как, например, Космический телескоп Хаббла (HST), ученые были вынуждены пересмотреть этот закон.
Так в последние несколько десятилетий способность смотреть в далекий космос (и глубже во времени) позволила астрономам сделать уточненные измерения того, как быстро расширялась Вселенная. И благодаря новому исследованию, проведенному с использованием Хаббла, международная команда астрономов смогла провести самые точные измерения скорости расширения Вселенной на сегодняшний день.
Это исследование было проведено группой Supernova H0 для команды State of State (SH0ES), международной группой астрономов, которая была направлена на то, чтобы уточнить константу Хаббла. Группу возглавляет Адам Рейсс из Научного института телескопов (STScI) и Университета Джона Хопкинса, а также члены Американского музея естественной истории, Института Нилса Бора, Национальной оптической астрономической обсерватории и многих престижных университетов и научно-исследовательских учреждений.
Исследование, в котором описываются их результаты, недавно появилось в The Astrophysical Journal под названием “Type Ia Supernova Distances at Redshift 1.5 from the Hubble Space Telescope Multi-cycle Treasury Programs: The Early Expansion Rate“
Описанный метод заключается в том, что астрономы традиционно измеряют расстояния во Вселенной, полагаясь на маркеры расстояния, такие как переменные цефеиды — пульсирующие звезды, расстояния которых можно определить, сравнивая их внутреннюю яркость с их оптической яркостью. Эти измерения затем сравниваются с тем, как свет от дальних галактик краснеет, чтобы определить, насколько быстро пространство между галактиками расширяется.
Отсюда вытекает константа Хаббла. Чтобы построить свою теорию, Рисс и его команда провели измерения параллакса с помощью широкополосной камеры Хаббла 3 (WFC3) восьми вновь проанализированных звезд цефеидных переменных в Млечном Пути. Эти звезды примерно в 10 раз дальше, чем все ранее изученные — от 6 000 до 12 000 световых лет от Земли, — и пульсируют с большими интервалами.
Чтобы обеспечить точность, которая будет объяснять колебания этих звезд, команда также разработала новый метод, при котором Хаббл будет измерять положение звезды тысячу раз в шесть месяцев в течение четырех лет. Затем команда сравнила яркость этих восьми звезд с более отдаленными цефеидами, чтобы они могли более точно рассчитать расстояния до других галактик. Используя новый метод, телескоп Хаббл смог зафиксировать изменение положения этих звезд по сравнению с другими, что значительно упростило ситуацию.
По сравнению с предыдущими опросами, команда смогла расширить количество анализируемых звезд на расстояния до 10 раз дальше. Однако их результаты также противоречили результатам, полученным спутником Planck Европейского космического агентства (ESA), который измеряет Космический микроволновый фон (CMB) — оставшееся излучение, созданное Большим взрывом.
Отображая CMB, Планк смог проследить расширение космоса во время ранней Вселенной — около. 378 000 лет после Большого Взрыва. Результат Планка показал, что постоянная величина Хаббла теперь должна составлять 67 километров в секунду на мегапарсек (3,3 миллиона световых лет) и может быть не выше 69 километров в секунду на мегапарсек.
Основываясь на своей работе, команда Райсса получила значение 73 километра в секунду на мегапарсек, что составляет 9%. По существу, их результаты показывают, что галактики движутся с большей скоростью, чем предполагаемые наблюдением нс ранней Вселенной. Поскольку данные Хаббла были настолько точными, астрономы не могут исключить разницу между двумя результатами как ошибки в одном измерении или методе.
Как пояснил Рейсс: «Сообщество действительно понять смысл этого несоответствия. Оба результата были проверены несколькими способами, поэтому исключается серия несвязанных ошибок. Становится все более вероятным, что это не ошибка, а особенность вселенной. Это последние результаты, поэтому предполагается, что какая-то ранее неизвестная сила или какая-то новая физика может работать во Вселенной.
В объяснении Рейсс и его команда предложили три возможности, каждая из которых связана с 95% Вселенной, которую мы не можем видеть (т.е. темная материя и темная энергия). В соответствии с этим они полагают, что темная энергия может «раздвигать» галактики с увеличенной силой. Другая теория заключается в том, что существует неоткрытая субатомная частица, которая похожа на нейтрино, но взаимодействует с нормальным веществом гравитацией, а не субатомными силами. Эти «стерильные нейтрино» будут перемещаться со скоростью света и могут называться «темное излучение».
В то время как это несоответствие открывает двери для новых и сложных вопросов, это также существенно снижает нашу неопределенность, когда дело доходит до измерения Вселенной. В конечном счете, это улучшит наше понимание того, как Вселенная развивалась после того, как она была создана в огненном катаклизме 13,8 миллиарда лет назад.
