В 1920-х годах Эдвин Хаббл и Жорж Леметр сделали поразительное открытие, которое навсегда изменило наше представление о Вселенной. Наблюдая за галактиками за пределами Млечного Пути и измеряя их спектры, они определили, что Вселенная расширяется. К 1990-м годам с помощью Космический телескоп ХабблУченые сделали самые глубокие на сегодняшний день снимки Вселенной и сделали еще одно поразительное открытие: скорость расширения ускоряется! Этот параметр, обозначаемый лямбда, является неотъемлемой частью принятой модели космологии, известной как модель лямбда-холодной темной материи (LCDM).
С тех пор попытки измерить расстояния привели к несоответствию, известному как «Натяжение Хаббла». Хотя была надежда, что Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) разрешила бы этот «кризис в космологии», ее наблюдения только усугубили загадку. Это привело к нескольким предложенным решениям, включая идею о том, что вскоре после Большого взрыва возникла «Ранняя темная энергия». В недавней статье международная группа астрофизиков предложила новое решение, основанное на альтернативной теории гравитации, которая утверждает, что наша галактика находится в центре «недостаточной плотности».
Исследование возглавил Сергей Мазуренко, студент-физик из Боннского университета. К нему присоединился Индранил Баник, научный сотрудник Физического альянса шотландских университетов в Университете Сент-Эндрюс; Павел Крупа, профессор-астрофизик из Группы исследования звездного населения и динамики Боннского университета и Астрономического института Карлова университета, и Мориц Хаслбауэр, доктор философии. студент Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR). Статья, описывающая их результаты, недавно появилась в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества (МНРАС).
Проще говоря, расширение Вселенной заставляет галактики и крупномасштабные структуры во Вселенной двигаться все дальше и дальше друг от друга. Скорость, с которой они удаляются, пропорциональна расстоянию между ними, причем увеличение расстояния приводит к двукратному увеличению скорости. Следовательно, измерение скорости расширения требует точных измерений расстояний, для чего требуется константа, на которую можно умножить эти расстояния – постоянная Хаббла-Леметра. Существует несколько способов измерения этой константы, включая измерение расстояний космического микроволнового фона (CMB).
Эти измерения дают оценку около 244 000 км/ч на мегапарсек (Мпк), или около 269 км/с на световой год. Другие способы измерения расстояний включают использование «стандартных свечей» в локальной Вселенной. Однако, когда астрономы применяют эти измерения, они получают постоянное значение около 264 000 км/ч на Мпк – отсюда и «натяжение Хаббла». Как объяснил профессор Крупа в недавнем пресс-релизе Боннского университета:
«Но вы также можете посмотреть на небесные тела, которые намного ближе к нам — так называемые сверхновые категории 1а, которые представляют собой определенный тип взрывающейся звезды. Таким образом, Вселенная, по-видимому, расширяется быстрее в наших окрестностях – то есть на расстояние около трех миллиардов световых лет – чем в целом. А на самом деле это не должно быть так».
Однако недавние наблюдения относительно локальной плотности материи в нашей Вселенной могут помочь решить эту проблему. По мнению доктора Крупы и его коллег, наша галактика может находиться в космической полости, где плотность материи ниже, чем у окружающей материи. Гравитационные силы, исходящие из окружающей материи, ответственны за притягивание галактик внутри полости к краям. «Вот почему они удаляются от нас быстрее, чем можно было бы ожидать», — сказал соавтор доктор Индранил Баник из Университета Сент-Эндрюс. «Поэтому отклонения можно объяснить просто местной «недостаточной плотностью».
Кредит: НАСА
Точно так же они характеризуют эти гравитационные взаимодействия, используя альтернативную теорию гравитации, известную как Модифицированная ньютоновская динамика (МОНД). В стандартной модели LCDM распределение материи во Вселенной однородно и изотропно (равномерно), и пониженной плотности не должно существовать. Сказал Крупа:
«Стандартная модель основана на теории природы гравитации, выдвинутой Альбертом Эйнштейном. Однако гравитационные силы могут вести себя иначе, чем ожидал Эйнштейн. Однако в наших расчетах MOND точно предсказывает существование таких пузырей».
Это предложенное решение подтверждается недавними измерениями другой исследовательской группой средней скорости группы галактик, расположенной на расстоянии 600 миллионов световых лет от Земли. Согласно результатам команды, эти галактики удаляются от Млечного Пути в четыре раза быстрее, чем позволяет стандартная модель космологии. Это подчеркивает один из наиболее привлекательных аспектов MOND: он полностью устраняет напряжение Хаббла. Вместо двух констант для измерения расширения Вселенной будет только одна, а наблюдаемые отклонения обусловлены неравномерностью распределения материи.
Но, конечно, MOND также страдает от ряда проблем, которые не позволяют ему стать стандартной моделью космологии. Увы, все, что астрономы могут сделать прямо сейчас, — это продолжать изучать Вселенную более глубоко и детально в надежде, что будущие наблюдения помогут разрешить Хаббловское напряжение и другие космологические загадки.
Дополнительная литература: Боннский университет
