«Джеймс Уэбб» подтвердил Стандартную модель Вселенной
Вселенная расширяется со временем, но скорость ее расширения, похоже, различается в зависимости от того, рассматриваем ли мы раннюю историю Вселенной или современную эпоху. В случае подтверждения это могло стать серьезной проблемой для стандартной модели, которая представляет собой лучшее на сегодняшний день описание Вселенной.
Благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» ученые смогли получить более точные данные, которые указывают на то, что противоречия, скорее всего, нет.
«Эти новые данные свидетельствуют о том, что стандартная модель Вселенной остается верной. Это не значит, что в будущем мы не обнаружим несоответствий модели, но на данный момент постоянная Хаббла, похоже, таким несоответствием уже не станет», — заявила профессор Чикагского университета Венди Фридман, ведущий специалист в спорах о скорости расширения, известной как постоянная Хаббла.
Космос, звезды и сверхновые
Есть два основных подхода к расчету скорости расширения Вселенной. Первый заключается в измерении реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва, которое до сих пор распространяется по Вселенной. Это излучение, известное как космическое микроволновое фоновое излучение, рассказывает астрономам о состоянии Вселенной в ранние эпохи.
Астроном и астрофизик Фридман специализируется на втором подходе — измерении скорости расширения Вселенной в наше время, в нашей локальной астрономической области. Как ни парадоксально, это гораздо сложнее, чем заглядывать в прошлое, потому что точное измерение расстояний — очень трудная задача.
За последние полвека ученые разработали несколько методов измерения относительно близких расстояний. Один из них основан на наблюдении света от определенного класса звезд в момент их максимального блеска, когда они взрываются как сверхновые в конце своей жизни. Если известна максимальная яркость этих сверхновых, измерение их видимой светимости позволяет вычислить расстояние до них. Дополнительные наблюдения показывают, с какой скоростью галактика, в которой произошла сверхновая, удаляется от нас. Фридман также разработала методы, использующих информацию о двух других типах звезд: красных гигантах и углеродных звездах.
Однако перед окончательным определением расстояния в эти измерения необходимо внести множество поправок. Нужно учитывать космическую пыль, которая затеняет свет между нами и этими далекими звездами. Также необходимо проверять и корректировать различия в светимости, которые могут возникать за космические масштабы времени. Наконец, нужно выявлять и исправлять небольшие погрешности, связанные с используемыми инструментами.
Но благодаря технологическим достижениям, таким как запуск более мощного космического телескопа «Джеймс Уэбб» в 2021 году, ученые смогли значительно уточнить эти измерения, результатом чего поделились в The Astrophysical Journal.
«Мы более чем вдвое увеличили количество галактик, используемых для калибровки сверхновых. Статистическое улучшение значительное. Это существенно уточняет результат», — пояснила профессор.
Последний расчет Фридман, включающий данные как телескопа «Хаббл», так и «Джеймса Уэбба», дает значение 70,4 километра в секунду на мегапарсек с погрешностью 3%. Это значение статистически согласуется с недавними измерениями космического микроволнового фона, которые составляют 67,4 с погрешностью 0,7%.
«Джеймс Уэбб» имеет в четыре раза большее разрешение, чем «Хаббл», что позволяет ему различать отдельные звезды в ранее размытых группах. Он также примерно в 10 раз чувствительнее, что обеспечивает более высокую точность и возможность обнаруживать еще более тусклые объекты.
«Мы действительно видим, насколько “Джеймс Уэбб” прекрасен для точного измерения расстояний до галактик», — сказал соавтор исследования Тейлор Хойт из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. «Используя его инфракрасные детекторы, мы можем видеть сквозь пыль, которая исторически мешала точным измерениям расстояний, а также гораздо точнее измерять яркость звезд», — добавил соавтор Барри Мэдор из Института Карнеги.
«Невероятно сложно»
По словам Фридман, астрофизики пытались разработать теорию, которая объяснила бы разные скорости расширения Вселенной по мере ее старения: «Было написано более тысячи статей, пытающихся решить эту проблему, но оказалось, что это невероятно сложно».
Ученые продолжают искать слабые места в стандартной космологической модели, что может дать ключи к разгадке природы двух больших тайн — темной материи и темной энергии. Но постоянная Хаббла, похоже, на эту роль больше не годится.
Фридман и ее команда планируют использовать телескоп «Джеймс Уэбб» в следующем году для измерений в скоплении галактик Кома, что должно предоставить дополнительные данные под другим углом.
«Эти измерения позволят нам измерить постоянную Хаббла напрямую, без дополнительного шага с использованием сверхновых. Я оптимистично настроена на решение этого вопроса в ближайшие несколько лет, поскольку мы повышаем точность измерений», — заключила исследовательница.
Астрофизики пересчитали скорость расширения Вселенной — и снова уперлись в загадку
Одна из величайших загадок расширения Вселенной могла возникнуть из-за ошибки измерений