Астрономы расходятся во мнениях о скорости расширения Вселенной – почему?

Почти сто лет назад астрономы сделали открытие, которое навсегда изменило наше представление о Вселенной – она расширяется. С тех пор мы усовершенствовали наши инструменты и отточили наши измерения, но споры об истинной скорости расширения Вселенной сейчас остры как никогда. В основе этих дебатов лежит недоуменный вопрос: Как быстро расширяется Вселенная?

Этот вопрос – не просто техническая придирка, он затрагивает суть космологии, науки, описывающей эволюцию Вселенной с момента Большого взрыва. Это разногласие известно как “напряжение Хаббла”, названное в честь постоянной Хаббла (H₀), величины, определяющей текущую скорость расширения Вселенной. Несмотря на десятилетия работы, астрономы, использующие различные методы измерения H₀, продолжают приходить к противоречивым результатам.

В начале XX века такие ученые, как Эдвин Хаббл и В.М. Слифер, дали первые подсказки о том, что Вселенная расширяется. Они использовали метод, известный как красное смещение, наблюдая, как галактики, казалось, удаляются от нас, а свет от этих далеких объектов растягивается до более длинных и красных волн. Это открытие положило начало современному пониманию космического расширения и разработке постоянной Хаббла– величины, выраженной в километрах в секунду на мегапарсек.

Однако, несмотря на почти 100 лет совершенствования, новые данные принесли с собой парадокс: два основных метода измерения H₀ – лестница расстояний и космический микроволновый фон (CMB) – дают два совершенно разных ответа.

Два метода, два результата

Первый метод, ” лестница расстояний”, основан на вековой практике расчета расстояния до небесных объектов на основе их яркости и положения. Ранние астрономы использовали близлежащие звезды и галактики для создания “лестницы” расстояний, в конечном итоге расширяя ее до далеких галактик. Этот метод, использованный Адамом Риессом и командой SH0ES, недавно позволил получить значение 73,2 километра в секунду на мегапарсек для H₀.

С другой стороны, CMB – свет, оставшийся после рождения Вселенной, – дает гораздо более ранний снимок. Анализируя это космическое “послесвечение”, ученые могут оценить скорость расширения Вселенной вскоре после Большого взрыва. Команда спутника Planck, используя эту методику, получила значительно меньшую цифру: 67,4 километра в секунду на мегапарсек.

Разница между этими результатами существенна, особенно если учесть, что оба метода могут похвастаться чрезвычайно точными измерениями. Это расхождение вызвало волнения в научном сообществе, а некоторые предположили, что нам, возможно, придется переосмыслить фундаментальные аспекты Вселенной.

Расхождение в результатах, получившее название “H₀-напряжение”, заставило некоторых исследователей назвать его кризисом в космологии. Почему это вызывает беспокойство? Понимание скорости расширения Вселенной необходимо для понимания всего – от возраста космоса до его конечной судьбы. Если модели, которыми мы пользовались на протяжении десятилетий, окажутся ошибочными, это может означать серьезный пересмотр нашего понимания прошлого и будущего Вселенной.

Некоторые ученые считают, что конфликт является результатом ошибок в измерениях. В конце концов, расчет космических расстояний предполагает почти умопомрачительную точность, и вполне возможно, что в данных, собранных SH0ES или “Планком”, упущен какой-то критический фактор. Однако пока таких ошибок не обнаружено.

В поисках ответов: Появляются креативные теории

Учитывая масштабность проблемы, теоретики творчески подходят к поиску ответов. Одно из предложений предполагает, что Вселенная могла пройти через быструю фазу ускоренного расширения незадолго до появления космического микроволнового фона. Это может означать, что мы не учитываем важное явление ранней Вселенной, искажающее предсказания CMB для H₀.

Другая идея связана с магнитными полями: существует гипотеза, что их присутствие в ранней Вселенной могло изменить процесс формирования первых атомов, тем самым повлияв на расчеты. Некоторые даже предполагают, что наш локальный регион Вселенной расширяется с иной скоростью, чем другие регионы, что и приводит к расхождению результатов.

Однако ни одна из этих теорий не смогла полностью примирить различия, оставив сообществу больше вопросов, чем ответов. Астрономы продолжают спорить, пытаясь найти теорию, которая могла бы объяснить как точные данные CMB, так и результаты измерения лестницы расстояний.

Пока астрономы борются с этим парадоксом, появляются новые инструменты и методы, которые могут помочь разрешить противоречие Хаббла. Метод под руководством Венди Фридман, основанный на использовании другого типа звезд – тех, что находятся на “вершине ветви красного гиганта”, – позволил получить более умеренное значение H₀, равное 69,8, которое находится между результатами SH0ES и Planck. Хотя этот метод многообещающий, он не лишен неопределенностей и многое еще предстоит уточнить.

Ожидается, что космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) сыграет решающую роль в получении новых данных о далеких галактиках и сверхновых, что потенциально поможет разрешить космические разногласия. Кроме того, в настоящее время ученые используют гравитационные волны от сливающихся черных дыр в качестве нового метода измерения космических расстояний, который может предложить третий взгляд на постоянную Хаббла.

Пока что H₀-постоянная остается одной из самых больших проблем в современной астрономии. По мере развития технологий и сбора новых данных мы можем обнаружить, что расширение Вселенной происходит сложнее, чем считалось ранее, или что один набор измерений неверен. В любом случае решение этой космической загадки будет иметь глубокие последствия для нашего понимания Вселенной. Может ли напряжение Хаббла привести к прорыву, который изменит наше представление о космосе, или это будет просто вопрос уточнения измерений? Время покажет, но одно можно сказать точно: Вселенная по-прежнему таит в себе множество загадок.