На изображении показано распределение материи в космосе – (синий; желтые точки представляют отдельные галактики). Млечный Путь (зеленый) находится в области с небольшим содержанием материи. Галактики в пузыре движутся в направлении более высоких плотностей материи (красные стрелки). Таким образом, Вселенная внутри пузыря расширяется быстрее. Фото: AG Kroupa/Боннский университет.
Вселенная расширяется. Насколько быстро это происходит, описывает так называемая постоянная Хаббла-Леметра. Но существует спор о том, насколько велика эта константа на самом деле: разные методы измерения дают противоречивые значения.
Это так называемое «напряжение Хаббла» представляет собой загадку для космологов. Исследователи из университетов Бонна и Сент-Эндрюса теперь предлагают новое решение: используя альтернативную теорию гравитации, расхождение в измеренных значениях можно легко объяснить — напряжение Хаббла исчезает. Исследование теперь опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества (MNRAS).
Расширение Вселенной заставляет галактики отдаляться друг от друга. Скорость, с которой они это делают, пропорциональна расстоянию между ними. Например, если галактика А находится в два раза дальше от Земли, чем галактика Б, то ее расстояние от нас также увеличивается в два раза быстрее. Американский астроном Эдвин Хаббл был одним из первых, кто осознал эту связь.
Поэтому, чтобы рассчитать, как быстро две галактики удаляются друг от друга, необходимо знать, насколько далеко они находятся друг от друга. Однако для этого также необходима константа, на которую нужно умножить это расстояние. Это так называемая постоянная Хаббла-Леметра, фундаментальный параметр в космологии. Его значение можно определить, например, взглянув на очень отдаленные регионы Вселенной. Это дает скорость почти 244 000 километров в час на мегапарсек расстояния (один мегапарсек составляет чуть более трех миллионов световых лет).
244 000 километров в час на мегапарсек — или 264 000?
«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», — объясняет профессор, доктор Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики имени Гельмгольца в Боннский университет. Можно очень точно определить расстояние сверхновой 1а до Земли. Мы также знаем, что блестящие объекты меняют цвет, когда удаляются от нас — и чем быстрее они движутся, тем сильнее это изменение. Это похоже на машину скорой помощи, чья сирена звучит глубже по мере удаления от нас.
Если теперь мы вычислим скорость сверхновых 1а по их цветовому сдвигу и соотнесем ее с расстоянием до них, мы получим другое значение постоянной Хаббла-Леметра, а именно, чуть менее 264 000 километров в час на мегапарсек расстояния. «Поэтому Вселенная, похоже, расширяется быстрее в наших окрестностях, то есть на расстояние около трех миллиардов световых лет, чем в целом», — говорит Крупа. «И это не должно быть на самом деле так».
Однако недавно было сделано наблюдение, которое могло бы это объяснить. Согласно этому, Земля расположена в области космоса, где материи относительно мало — сравнимо с воздушным пузырем в торте. Плотность вещества выше вокруг пузыря. Гравитационные силы исходят из окружающей материи, которая притягивает галактики в пузыре к краям полости. «Вот почему они удаляются от нас быстрее, чем можно было бы ожидать», — объясняет доктор Индранил Баник из Университета Сент-Эндрюс. Таким образом, отклонения можно объяснить просто местной «недостаточной плотностью».
Фактически, другая исследовательская группа недавно измерила среднюю скорость большого количества галактик, находящихся на расстоянии 600 миллионов световых лет от нас. «Было обнаружено, что эти галактики удаляются от нас в четыре раза быстрее, чем позволяет стандартная модель космологии», — объясняет Сергей Мазуренко из исследовательской группы Крупы, который участвовал в текущем исследовании.
Пузырь в тесте Вселенной
Это связано с тем, что стандартная модель не предусматривает такой низкой плотности или «пузырей» — их на самом деле не должно существовать. Вместо этого материя должна быть равномерно распределена в пространстве. Однако если бы это было так, было бы трудно объяснить, какие силы приводят галактики в движение до такой высокой скорости.
«Стандартная модель основана на теории природы гравитации, выдвинутой Альбертом Эйнштейном», — говорит Крупа. «Однако гравитационные силы могут вести себя иначе, чем ожидал Эйнштейн». Рабочие группы из университетов Бонна и Сент-Эндрюса использовали модифицированную теорию гравитации в компьютерном моделировании.
Эта «модифицированная ньютоновская динамика» (аббревиатура: МОНД) была предложена четыре десятилетия назад израильским физиком профессором доктором Мордехаем Милгромом. Сегодня эта теория до сих пор считается аутсайдерской. «Однако в наших расчетах MOND точно предсказывает существование таких пузырей», — говорит Крупа.
Если бы кто-то предположил, что гравитация на самом деле ведет себя в соответствии с предположениями Милгрома, напряжение Хаббла исчезло бы: на самом деле существовала бы только одна константа расширения Вселенной, а наблюдаемые отклонения были бы вызваны неравномерностями в распределении материи.
Информация от: Боннским университетом
