Изображение предоставлено: CC0 Public Domain
Новые наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба предполагают, что новая особенность во Вселенной, а не ошибка в измерениях телескопа, может лежать в основе многолетней загадки того, почему Вселенная сегодня расширяется быстрее, чем в первые дни своего существования, миллиарды лет назад. назад.
Новые данные подтверждают измерения расстояний между близлежащими звездами и галактиками, полученные космическим телескопом «Хаббл», и обеспечивают важную перекрестную проверку для устранения несоответствия в измерениях загадочного расширения Вселенной. Это несоответствие, известное как напряжение Хаббла, остается необъяснимым даже лучшими космологическими моделями.
«Несоответствие между наблюдаемой скоростью расширения Вселенной и предсказаниями Стандартной модели предполагает, что наше понимание Вселенной может быть неполным. Теперь, когда два флагманских телескопа НАСА подтверждают результаты друг друга, мы должны это принять». [Hubble tension] «Проблема очень серьезная – это вызов, но также и невероятная возможность узнать больше о нашей Вселенной», – сказал нобелевский лауреат и ведущий автор Адам Рисс, заслуженный профессор Bloomberg и профессор физики и астрономии Томаса Дж. Барбера в Университете Джонса Хопкинса. .
Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, основано на открытии Рисса, получившем Нобелевскую премию, о том, что расширение Вселенной ускоряется из-за загадочной «темной энергии», которая пронизывает обширные области пространства между звездами и галактиками.
Команда Рисса использовала самую большую выборку данных Уэбба, собранную за первые два года пребывания в космосе, чтобы проверить измерение телескопом Хаббла скорости расширения Вселенной, число, известное как постоянная Хаббла.
Они использовали три разных метода для измерения расстояний до галактик, в которых находятся сверхновые, сосредоточив внимание на расстояниях, ранее измеренных телескопом Хаббла, который, как известно, обеспечивает наиболее точные «локальные» измерения этого числа.
Наблюдения с обоих телескопов были близко согласованы и показали, что измерения Хаббла точны и исключают достаточно большую неточность, чтобы объяснить напряжение ошибкой Хаббла.
Тем не менее, постоянная Хаббла остается загадкой, поскольку измерения, основанные на телескопических наблюдениях нынешней Вселенной, дают более высокие значения, чем предсказания, сделанные с использованием «стандартной модели космологии», широко принятой концепции того, как работает Вселенная, которая использует данные космических исследований. микроволновый фон, слабое излучение, оставшееся от Большого взрыва.
В то время как стандартная модель дает постоянную Хаббла около 67-68 километров в секунду на мегапарсек, измерения, основанные на телескопических наблюдениях, регулярно дают более высокое значение от 70 до 76 со средним значением 73 км/с/Мпк.
Это несоответствие озадачивает космологов уже более десяти лет, поскольку разница в 5–6 км/с/Мпк слишком велика, чтобы ее можно было объяснить просто ошибками в методах измерений или наблюдений. (Мегапарсек — это огромные расстояния. Каждое составляет 3,26 миллиона световых лет, а световой год — это расстояние, которое свет проходит за год: 9,4 триллиона километров или 5,8 триллиона миль.)
Поскольку новые данные Уэбба исключают значительные погрешности в измерениях Хаббла, напряжение Хаббла может быть связано с неизвестными факторами или еще не обнаруженными пробелами в понимании космологами физики, сообщает команда Рисса.
Якоря и хосты SN Ia выбраны для сравнения расстояний HST и JWST из полной выборки HST, состоящей из 4 якорей и 42 SNe Ia. Фото предоставлено: Адам Г. Рисс и др.
«Данные Уэбба напоминают первый взгляд на Вселенную в высоком разрешении и действительно улучшают соотношение сигнал/шум измерений», — сказал Сиянг Ли, аспирант, работающий над исследованием в Университете Джонса Хопкинса.
Новое исследование охватило около трети полной выборки галактик Хаббла, используя известное расстояние до галактики под названием NGC 4258 в качестве ориентира. Несмотря на меньший набор данных, команда добилась впечатляющей точности, показав разницу между измерениями менее 2%, что намного меньше, чем расхождение напряжений Хаббла, составляющее около 8-9%.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
В дополнение к анализу пульсирующих звезд, называемых переменными цефеид (золотого стандарта для измерения космических расстояний), команда сравнила измерения богатых углеродом звезд и самых ярких красных гигантов в тех же галактиках.
Все галактики, наблюдаемые Уэббом, вместе со своими сверхновыми, дали постоянную Хаббла 72,6 км/с/Мпк, что почти идентично значению 72,8 км/с/Мпк, которое Хаббл нашел для тех же самых галактик.
В исследование были включены образцы данных Уэбба от двух групп, независимо работающих над уточнением постоянной Хаббла: одна от группы Рисса SH0ES (сверхновая, H0, для уравнения состояния темной энергии) и одна от Программы Карнеги-Чикаго Хаббла, а также от другие команды.
Комбинированные измерения обеспечивают наиболее точное определение точности звезд цефеид, измеренных телескопом Хаббла, которые имеют фундаментальное значение для определения постоянной Хаббла.
Хотя постоянная Хаббла не оказывает практического влияния на Солнечную систему, Землю или повседневную жизнь, она раскрывает эволюцию Вселенной в чрезвычайно больших масштабах, когда огромные области самого космоса расширяются и отталкивают далекие галактики друг от друга, как изюм при восходящем движении. тесто.
Это ключевое значение, которое ученые используют для составления карты структуры Вселенной, углубления понимания ее состояния через 13–14 миллиардов лет после Большого взрыва и расчета других фундаментальных аспектов космоса.
Разрешение напряженности Хаббла могло бы дать новое понимание других несоответствий стандартной космологической модели, которые стали известны в последние годы, сказал Марк Камионковски, космолог из Университета Джонса Хопкинса, который помог вычислить постоянную Хаббла и недавно помог разработать возможное новое объяснение напряженности.
Стандартная модель объясняет эволюцию галактик, космический микроволновый фон Большого взрыва, изобилие химических элементов во Вселенной и многие другие важные наблюдения, основанные на известных законах физики. Однако оно не полностью объясняет природу темной материи и темной энергии, загадочных компонентов Вселенной, которые, по оценкам, ответственны за 96% ее структуры и ускоренного расширения.
«Одним из возможных объяснений напряженности Хаббла могло бы быть то, что в нашем понимании ранней Вселенной чего-то не хватало, например, нового компонента материи — ранней темной энергии — который дал Вселенной неожиданный толчок после Большого взрыва», — сказал Камионковски. , который не участвовал в новом исследовании.
«И есть и другие идеи, такие как забавные свойства темной материи, экзотических частиц, изменение массы электронов или первичные магнитные поля, которые могут помочь. У теоретиков есть свобода проявить творческий подход».
Информация от: Университетом Джонса Хопкинса
