Более столетия назад астрономы Эдвин Хаббл и Жорж Леметр независимо друг от друга обнаружили, что Вселенная расширяется. С тех пор ученые пытались измерить скорость расширения (известную как постоянная Хаббла-Леметра), чтобы определить происхождение, возраст и окончательную судьбу Вселенной. Это оказалось очень сложным, поскольку наземные телескопы дали огромные погрешности, что привело к оценкам возраста от 10 до 20 миллиардов лет! Это несоответствие между этими измерениями, полученными с помощью разных методов, привело к так называемому натяжению Хаббла.
Была надежда, что удачно названный Космический телескоп Хаббл (запущенный в 1990 году) разрешит это противоречие, предоставив самые глубокие на сегодняшний день виды Вселенной. После 34 лет непрерывной службы, Хаббл удалось снизить уровень неопределенности, но не устранить ее. Это побудило некоторых представителей научного сообщества предположить (в качестве решения «бритвы Оккама»), что Хабблизмерения были неверными. Но по последним данным Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), преемника Хаббла, кажется, что измерения почтенного космического телескопа были верными с самого начала.
Исследование было проведено сверхновой H0 для проекта «Уравнение состояния темной энергии» (SH0ES) — международной попытки устранить неопределенности в постоянной Хаббла-Леметра. Группу возглавляет доктор Адам Гай Рисс, и в ее состав входят астрофизики из Научного института космического телескопа (STScI), Университета Джона Хопкинса (JHU), Национальной исследовательской лаборатории оптической и инфракрасной астрономии NSF (NOIRLab), Университета Дьюка, Политехнической школы. Федеральная федерация Лозанны (EPFL) и Raytheon Technologies. Их выводы были опубликованы в выпуске журнала от 6 февраля 2024 года. Письма из астрофизического журнала.
Напряженность Хаббла возникает из-за того, что разные измерения расстояний (также известные как «лестница космических расстояний») приводят к разным значениям. Для калибровки коротких расстояний или первой «ступеньки» лестницы астрономы полагаются на измерения параллакса близлежащих звезд. На следующей «ступени» они полагаются на переменные цефеид и сверхновые типа Ia для измерения расстояний до объектов, находящихся на расстоянии десятков миллионов световых лет. Измерения расстояний до этих звезд Хаббл дало значение 252 000 км/ч на мегапарсек (Мпк).
Последний этап состоит в использовании измерений красного смещения космического микроволнового фона (CMB) для калибровки расстояний в миллиарды световых лет. Картирование этого фона ЕКА Планк спутник дал оценку около 244 000 км/ч на Мпк (или около 269 км/с на световой год). Самое простое объяснение несоответствия заключалось в том, что ХабблЕго измерения были неточными, возможно, из-за неопределенностей в Лестнице космических расстояний. С момента своего запуска в декабре 2021 года JWST проводил собственные измерения переменных цефеид с помощью своей современной инфракрасной оптики.
Это позволило астрономам перепроверить измерения оптического света, сделанные Хаббл. В их число входят Рисс, заслуженный профессор Bloomberg и профессор физики и астрономии Томаса Дж. Барбера в Университете Джона Хопкинса. В 2011 году Рисс был удостоен Нобелевской премии по физике и медали Альберта Эйнштейна за совместное открытие ускоряющейся скорости космического расширения, которое привело к теории «темной энергии». Первый взгляд команды на Уэбба наблюдения в 2023 году подтвердили, что ХабблИзмерения расширяющейся Вселенной оказались точными.
Их последний анализ был основан на наблюдениях Уэбба над более чем 1000 цефеидами, используемыми в качестве «якорей» в лестнице расстояний, восемью сверхновыми типа Ia и NGC 5468 — самой дальней галактикой, где цефеиды были хорошо измерены, находящейся на расстоянии примерно 130 миллионов световых лет. Как заявил Рисс в пресс-релизе ЕКА, эти результаты устранили любые сомнения относительно ошибок измерений:
«Если ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную. Теперь мы охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и можем с очень высокой уверенностью исключить ошибку измерения как причину Хаббловского напряжения».
В частности, эти результаты устранили любые сохраняющиеся сомнения в том, что погрешности измерений могут увеличиваться с расстоянием. Эти неточности могли возникнуть из-за «звездного скопления», когда свет цефеид смешивался со светом соседних звезд. Для многих астрономов перспектива заглянуть глубже во Вселенную означала, что эти ошибки станут видимыми. Учет этого эффекта становится еще более трудным из-за наличия пыли в межзвездной и межгалактической среде (ISM, IGM), которая естественным образом затеняет видимый свет.
Благодаря возможностям Уэбба получать четкие изображения в инфракрасном диапазоне, астрономы теперь могут видеть сквозь заслоняющую пыль и более четко рассмотреть далекие цефеиды. В сочетании с наблюдениями Хаббла команда SH0E определила, что Хабблнаблюдения были верны. В результате, по словам Рисса, у ученых осталось только одно объяснение Хаббловского напряжения: существует невидимая сила, ответственная за расширение космоса:
«Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаруживаем, что измерения Хаббла остаются достоверными по мере того, как мы поднимаемся дальше по лестнице космических расстояний. Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы чего-то в том, как связать начало Вселенной и современность».
Телескопы следующего поколения будут исследовать эту загадочную невидимую силу в ближайшие годы, измеряя ее влияние на космическое расширение. Это включает в себя предстоящий НАСА Римский космический телескоп Нэнси Грейс и ЕКА Евклид миссия (запущенная 1 июля 2023 г.). В сочетании с дополнительными данными, полученными УэббЭти наблюдения позволят астрономам проверить «раннюю темную энергию» и другие теории, которые пытаются объяснить наблюдения Хаббл и Уэбб. Тем временем так называемый «кризис космологии» будет сохраняться, но, возможно, ненадолго.
Дополнительная литература: ЕКА
