Как один забытый расчёт перевернул представления физиков о Вселенной
Принято считать, что Вселенной около 13,8 миллиарда лет. Эта цифра казалась незыблемой базой современной космологии. Однако в последние годы фундамент начал трещать. Сначала астрономы обнаружили звезду, которая выглядела старше самой Вселенной, а затем телескоп Джеймса Уэбба (JWST) показал галактики, которых не должно существовать. Рассказываем, как эти открытия заставили учёных сдуть пыль с теории 1929 года и почему Вселенная на самом деле может быть почти вдвое старше, чем считалось.
Парадокс звезды Мафусаил
В космосе есть объекты, которые ломают стройные теории. Один из них находится совсем рядом с Землёй — на расстоянии 190 световых лет, в созвездии Весов. Это звезда HD 140283, которую астрономы прозвали «Мафусаил». Она движется со скоростью 1,3 млн км/ч и почти не содержит железа — его там менее 1% от солнечного. Это верный признак того, что звезда родилась очень давно, когда Вселенная ещё не успела «загрязниться» тяжёлыми элементами после взрывов первых сверхновых.
Звезда Мафусаил в представлении художника.
В начале 2000-х годов расчёты возраста Мафусаила шокировали учёных. Данные показывали, что звезде около 16 миллиардов лет. Возник логический тупик: «яйцо» (звезда) оказалось старше «курицы» (Вселенной), возраст которой оценивался в 13,7–13,8 миллиарда лет. Этот факт ставил под угрозу всю модель Большого взрыва.
Погрешности
Астрономам пришлось срочно перепроверять свои «линейки» и «часы». Чтобы определить возраст звезды, нужно учитывать два фактора:
- точное расстояние до неё;
- проходящие в ней ядерные процессы.
В дело вступил космический телескоп «Хаббл». С 2003 по 2011 год группа под руководством Говарда Бонда проводила точнейшие измерения параллакса звезды. Уточнив расстояние, учёные пересмотрели и расчёты:
- Диффузия гелия. Учли, что гелий со временем оседает вглубь звезды, ускоряя выгорание водорода. Это заставляло звезду выглядеть старее, чем она есть. Поправка «омолодила» её на 1,5 миллиарда лет.
- Кислород. Оказалось, что кислорода в звезде больше, чем думали. Это значит, что она сформировалась из уже обогащённого газа, а не из первичной материи, что тоже снизило возрастную планку.
Итог 2013 года: возраст звезды снизили до 14,46±0,8 млрд лет. С натяжкой это сработало. Если взять нижнюю границу погрешности (13,66 млрд лет), звезда «влезает» в возраст Вселенной (13,8 млрд лет), если предположить, что она родилась почти мгновенно после Большого взрыва. Конфликт сгладили, но напряжение осталось.
4 безумные теории об устройстве Вселенной, которые могут оказаться правдой
«Разрушители Вселенной»
Пока астрономы выдыхали после истории с Мафусаилом, в 2022 году новые проблемы подкинул телескоп Джеймса Уэбба (JWST). Заглянув в раннюю Вселенную — всего через 300–500 млн лет после Большого взрыва, — он увидел то, чего там быть не могло.
Уэбб обнаружил массивные, полностью сформированные галактики. Их звёздная масса сопоставима с Млечным Путём, на формирование которого ушли миллиарды лет. Учёные назвали эти объекты «разрушителями Вселенной» (Universe Breakers).
Согласно стандартной модели в то время галактики должны быть крошечными «зародышами». А JWST показал гигантов. Например, галактика ZF-UDS-7329 на красном смещении z≈3.2 выглядит так, будто её звёзды начали формироваться ещё до того, как во Вселенной согласно современным моделям вообще могла собраться материя.
Галактика ZF-UDS-7329.
Это выглядело так, словно вы зашли в ясельную группу детского сада и обнаружили там взрослых бородатых мужчин. Астрономы поняли, что либо современные теории совершенно не описывают то, как рождаются звёзды, либо у этих галактик было гораздо больше времени на рост.
Возвращение забытой теории 1929 года
Чтобы объяснить эти аномалии, физики обратились к идеям, отвергнутым почти 100 лет назад. В 1929 году швейцарский астроном Фриц Цвикки предложил теорию «старения света».
Галактики с высоким красным смещением на снимках «Хаббла».
Цвикки сомневался, что Вселенная расширяется. Он полагал, что фотоны света просто теряют энергию, пролетая огромные расстояния через космос, «устают». Потеря энергии увеличивает длину волны, смещая её в красную сторону спектра. То есть красное смещение, по Цвикки, — это не признак разлёта галактик, а следствие долгого путешествия света.
Тогда теорию отвергли. Наблюдения показывали, что Вселенная всё-таки расширяется: эффект замедления времени у сверхновых и спектр реликтового излучения это подтверждали.
Однако в 2023 году профессор Раджендра Гупта из Университета Оттавы предложил гибридное решение. Он объединил идею Цвикки с гипотезой о том, что такие фундаментальные константы природы, как скорость света и гравитационная постоянная, могут меняться со временем.
Вселенной 26,7 миллиарда лет?
Модель Гупты называется CCC + TL (Covarying Coupling Constants + Tired Light). Суть в следующем:
- Свет стареет. Часть красного смещения вызвана потерей энергии фотонами.
- Константы меняются. Ослабление сил природы со временем создаёт иллюзию того, что Вселенная расширяется с ускорением. Это отметает необходимость в существовании тёмной энергии.
Если пересчитать историю космоса по этой модели, то возраст Вселенной увеличивается почти вдвое — до 26,7 миллиарда лет. Это объясняет многие несостыковки:
- Звезда Мафусаил. Ей может быть хоть 16, хоть 20 миллиардов лет — она спокойно укладывается в новый возраст Вселенной.
- Гиганты Уэбба. Те самые «невозможные» ранние галактики оказываются не младенцами. В новой хронологии на момент наблюдения им уже было около 6 миллиардов лет. Этого времени вполне достаточно, чтобы вырастить массивную структуру без нарушения законов физики.
- Нет тёмной материи. Гупта утверждает, что его расчёты объясняют вращение галактик без привлечения невидимой массы, частицы которой учёным так и не удалось обнаружить.
Почему рано переписывать учебники
Модель звучит красиво, но научное сообщество настроено скептически. Стандартная модель, несмотря на проблемы, подтверждена тысячами наблюдений. У гипотезы Гупты есть слабые места:
- Первичный «суп». Если константы менялись, то образование первых элементов сразу после Большого взрыва шло бы иначе. Новые расчёты пока не сходятся с реальным составом Вселенной.
- Реликтовое излучение. Стандартная модель идеально описывает структуру «эха» Большого взрыва. Неясно, сможет ли модель Гупты повторить эту точность.
- Белые карлики. Если Вселенной 26 миллиардов лет, в ней должны существовать очень старые остывшие остатки звёзд — «ледяные» белые карлики. Их пока не нашли.
Что в итоге
Космология находится в переломной точке. Либо астрофизики найдут способ «починить» стандартную модель, придумав, как галактики могли вырасти так быстро, либо науке придётся принять, что космос гораздо старше и сложнее, чем считалось до этого. Даже если теория о 26 миллиардах лет не подтвердится, «забытый расчёт» Цвикки уже сыграл свою роль: он заставил учёных искать новые ответы на вопросы, которые казались давно решёнными.