Вселенная может быть в два раза старше, чем мы думаем, предполагает новая теория

В моем исследовании предложена модель, определяющая возраст Вселенной в 26,7 млрд. лет, что позволяет объяснить наблюдения «невозможной ранней галактики» на JWST.

Под невозможными ранними галактиками понимается тот факт, что некоторые галактики, относящиеся к периоду космической зари — 500-800 млн. лет после Большого взрыва, — имеют диски и выпуклости, похожие на те, которые прошли длительный период эволюции.

Причем галактики меньшего размера, по-видимому, массивнее более крупных, что прямо противоположно ожиданиям.

Частота и расстояние

Эта оценка возраста выводится из скорости расширения Вселенной путем измерения красного смещения спектральных линий в свете, излучаемом далекими галактиками. Раннее объяснение красного смещения основывалось на гипотезе о том, что свет теряет энергию при прохождении космических расстояний. Это объяснение «усталого света» было отвергнуто, поскольку оно не могло объяснить многие наблюдения.

Красное смещение света аналогично эффекту Доплера для звука: при приближении звуки имеют более высокую частоту (высоту тона), а при удалении — более низкую. Красное смещение — снижение частоты света — указывает на то, что объект удаляется от нас; чем больше расстояние до галактики, тем выше скорость рецессии и красное смещение.

Альтернативное объяснение красного смещения связано с эффектом Доплера: далекие галактики удаляются от нас со скоростями, пропорциональными их расстоянию, что свидетельствует о расширении Вселенной.

Модель расширяющейся Вселенной стала предпочтительной для большинства астрономов после того, как в 1964 г. два астронома, работавшие в Bell Labs, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, случайно обнаружили космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), которое модель стационарного состояния не могла удовлетворительно объяснить.

Скорость расширения, по сути, определяет возраст Вселенной. До запуска космического телескопа Хаббл в 1990-х годах неопределенность в скорости расширения оценивала возраст Вселенной в диапазоне от 7 до 20 млрд. лет.

Другие наблюдения привели к принятому в настоящее время значению 13,8 млрд. лет, возведя модель большого взрыва на пьедестал космологии.

Ограничения предыдущих моделей

В опубликованном в прошлом году исследовании предложено решить проблему невозможных ранних галактик с помощью модели усталого света. Однако усталый свет не может удовлетворительно объяснить другие космологические наблюдения, такие как красные смещения сверхновых и однородность космического микроволнового фона.

Я попытался объединить стандартную модель большого взрыва с моделью усталого света, чтобы посмотреть, как она согласуется с данными по сверхновым и данными JWST, но она не очень хорошо согласуется с последними. Однако это позволило увеличить возраст Вселенной до 19,3 млрд. лет.

Далее я попробовал создать гибридную модель, включающую усталый свет и разработанную мной космологическую модель, основанную на эволюционирующих константах связи, предложенных британским физиком Полем Дираком в 1937 году. Это хорошо соответствовало обоим данным, но почти вдвое увеличивало возраст Вселенной.

Новая модель увеличивает время формирования галактик в 10-20 раз по сравнению со стандартной моделью, что дает достаточно времени для формирования хорошо развитых «невозможных» ранних галактик, как это наблюдается.

Как и любая другая модель, она должна дать удовлетворительное объяснение всем тем наблюдениям, которые удовлетворяются стандартной космологической моделью.

Модели для смешивания

Подход, основанный на смешении двух моделей для объяснения новых наблюдений, не нов. Исаак Ньютон считал, что свет распространяется в виде частиц в своей теории света, которая преобладала до тех пор, пока не была заменена волновой теорией света в XIX веке для объяснения дифракционных картин, наблюдаемых при монохроматическом свете.

Альберт Эйнштейн воскресил идею о частицеподобной природе света для объяснения фотоэлектрического эффекта, согласно которому свет обладает двойственными свойствами: в одних наблюдениях он похож на частицу, а в других — на волну. С тех пор стало общепризнанным, что все частицы обладают такими двойственными свойствами.

Другим способом измерения возраста Вселенной является оценка возраста звезд в шаровых скоплениях нашей собственной галактики — Млечного Пути. В шаровых скоплениях насчитывается до миллиона звезд, и все они, по-видимому, образовались в одно и то же время в ранней Вселенной.

Если предположить, что все галактики и скопления начали формироваться одновременно, то возраст самой старой звезды в скоплении должен дать возраст Вселенной (за вычетом времени, когда начали формироваться галактики).

Для некоторых звезд, таких как Мафусаил, которая считается самой старой в Галактике, астрофизическое моделирование дает возраст, превышающий возраст Вселенной, определенный по стандартной модели, что невозможно.

Эйнштейн считал, что Вселенная, наблюдаемая из любой точки в любой момент времени, одинакова — однородна, изотропна и вневременна.

Чтобы объяснить наблюдаемое в такой стационарной Вселенной красное смещение далеких галактик, которое, как оказалось, увеличивается пропорционально расстоянию до них (закон Хаббла), швейцарский астроном Фриц Цвикки в 1929 г. предложил теорию усталого света.

Новая информация

Хотя некоторые наблюдения космического телескопа «Хаббл» указывали на невозможность существования ранних галактик, только запуск JWST в декабре 2021 года и данные, полученные с его помощью с середины 2022 года, позволили окончательно установить наличие этой проблемы.

В защиту стандартной модели большого взрыва астрономы пытались решить эту проблему путем сжатия сроков формирования массивных звезд и первобытных черных дыр, аккрецирующих массу с нефизически высокой скоростью.

Однако складывается консенсус в отношении новой физики для объяснения этих наблюдений JWST.