Ученые использовали новые данные космического телескопа Джеймса Уэбба, чтобы пересчитать скорость расширения Вселенной с течением времени. Для этого они измерили свет десяти галактик, включая известную выше как NGC 3972. Фото предоставлено: Юваль Харпас, данные JWST
Мы многое знаем о нашей Вселенной, но астрономы до сих пор спорят о том, насколько быстро она расширяется. Фактически, за последние два десятилетия два основных метода измерения этого числа, известного как «постоянная Хаббла», дали разные ответы, что заставило некоторых задаться вопросом, а не чего-то не хватает в нашей модели того, как работает Вселенная.
Но новые измерения мощного космического телескопа Джеймса Уэбба, похоже, позволяют предположить, что конфликта, также известного как «напряжение Хаббла», может и не быть.
В статье, представленной в Astrophysical Journal и в настоящее время доступной на сервере препринтов arXiv, космолог Чикагского университета Венди Фридман и ее коллеги проанализировали новые данные, полученные мощным космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА. Они измерили расстояние до 10 близлежащих галактик и нашли новое значение скорости расширения Вселенной.
Ее измерение — 70 километров в секунду на мегапарсек — совпадает с другим основным методом расчета постоянной Хаббла.
«Основываясь на этих новых данных JWST и используя три независимых метода, мы не находим убедительных доказательств наличия напряжения Хаббла», — сказал Фридман, выдающийся астроном и профессор астрономии и астрофизики Университета Джона и Мэрион Салливан в Чикагском университете. «Напротив, похоже, что наша стандартная космологическая модель, объясняющая эволюцию Вселенной, верна».
Напряжение Хаббла?
Мы знали, что Вселенная расширяется с течением времени с 1929 года, когда выпускник Чикагского университета Эдвин Хаббл (SB 1910, доктор философии 1917) провел измерения звезд, которые позволили предположить, что они расширяются. Отдаленные галактики удаляются от Земли быстрее, чем ближайшие галактики. Но на удивление сложно получить точные цифры того, насколько быстро расширяется Вселенная в настоящее время.
Это число, известное как постоянная Хаббла, имеет решающее значение для понимания предыстории Вселенной. Это важная часть нашей модели того, как Вселенная развивается с течением времени.
Художественное изображение расширения Вселенной со времен Большого взрыва. Фото предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
«Подтверждение реальности постоянного напряжения Хаббла будет иметь значительные последствия как для фундаментальной физики, так и для современной космологии», — объяснил Фридман.
Учитывая важность, а также сложность проведения этих измерений, ученые проверяют их, используя различные методы, чтобы гарантировать их максимальную точность.
Одним из важных подходов является изучение остаточного света после Большого взрыва, известного как космическое микроволновое фоновое излучение. На данный момент лучшая оценка постоянной Хаббла с использованием этого очень точного метода составляет 67,4 километра в секунду на мегапарсек.
Второй важный метод, на котором специализируется Фридман, — это прямое измерение расширения галактик в нашем местном космическом окружении с использованием звезд, яркость которых известна. Точно так же, как фары автомобилей кажутся тусклее, когда они находятся далеко, звезды также кажутся тусклее, когда они удаляются. Измерение расстояний и скорости, с которыми галактики удаляются от нас, позволяет узнать, насколько быстро расширяется Вселенная.
В прошлом измерения с использованием этого метода давали более высокое значение постоянной Хаббла — ближе к 74 километрам в секунду на мегапарсек.
Эта разница настолько велика, что некоторые ученые предполагают, что в нашей стандартной модели эволюции Вселенной может не хватать чего-то существенного. Например, поскольку один метод рассматривает самые ранние дни существования Вселенной, а другой — текущую эпоху, что-то большое во Вселенной могло со временем измениться. Это очевидное несоответствие стало известно как «напряжение Хаббла».
Изображения звезд, полученные JWST (слева), значительно четче, чем те же звезды, наблюдаемые космическим телескопом Хаббл (справа). Фото предоставлено: Фридман и др.
Уэбб вступает в бой
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) предлагает человечеству новый мощный инструмент для заглядывания в глубокий космос. Запущенный в 2021 году преемник телескопа Хаббл сделал потрясающе четкие изображения, раскрыл новые аспекты далеких миров и собрал беспрецедентные данные, которые открывают новые окна во Вселенную.
Фридман и ее коллеги использовали телескоп для измерения десяти близлежащих галактик, что послужило основой для измерения скорости расширения Вселенной.
Для проверки своих результатов они использовали три независимых метода. В первом методе используется тип звезды, известный как цефеида, яркость которой предсказуемо меняется с течением времени. Второй метод известен как «кончик ветви красных гигантов» и использует тот факт, что звезды малой массы достигают фиксированного верхнего предела своей яркости.
Третий и новейший метод использует тип звезд, называемый углеродными звездами, которые имеют одинаковые цвета и яркость в ближнем инфракрасном спектре света. Новый анализ является первым, в котором все три метода используются одновременно в пределах одной и той же галактики.
В каждом случае значения находились в пределах погрешности значения 67,4 километра в секунду на мегапарсек, определенного методом космического микроволнового фонового излучения.
«Хорошее согласие между тремя совершенно разными типами звезд является для нас убедительным показателем того, что мы на правильном пути», — сказал Фридман.
«Будущие наблюдения с помощью JWST будут иметь решающее значение для подтверждения или опровержения напряженности Хаббла и оценки последствий для космологии», — сказал соавтор исследования Барри Мадор из Института науки Карнеги и приглашенный профессор Чикагского университета.
Информация от: Чикагским университетом
