Виміряти розширення Всесвіту важко. З одного боку, оскільки Всесвіт розширюється, масштаб вимірювань відстані залежить від міри розширення. І оскільки світлу від далеких галактик потрібен час, щоб дістатись до нас, ми не можемо виміряти Всесвіт на той момент, коли це світло зареєстровано. Ми вимірюємо скоріше те, яким він був колись. Тому є виклик так званій драбині космічних відстаней.
Суть драбини відстаней (distance ladder) в тому, що відстані у Всесвіті вимірюють різними методами (використовуючи їх один за одним). Хоча астрономи розробили багато способів вимірювання космічних відстаней, жоден з них не працює на всіх масштабах. Наприклад, найдальші відстані визначаються вимірюванням видимої зоряної величини наднових у віддалених галактиках. Це добре працює на шкалі відстані в мільярди світлових років, але в Молочному Шляху не так багато наднових, щоб за ними вимірювати відстані. Найточніші вимірювання відстаней в космічному просторі астрономи виконують методом паралакса, тобто вимірюючи видиме зміщення положення зорі на небесній сфері, коли Земля обертається навколо Сонця. Метод паралаксу — це проста геометрія, але він «працює» для відстаней лише в кілька тисяч світлових років.
Деякі з методів, які астрономи використовують для вимірювання космічних відстаней. Фото з сайту https://www.universetoday.com.
Через це астрономи часто вимірюють відстань спершу одним методом, потім, спираючись на отриманий результат, другим, а далі третім. Наприклад, методом паралаксу для найближчих зір, зокрема й змінних зір, відомих як цефеїди. Але залежність період — світність у цефеїд дає змогу астрономам використовувати їх для вимірювання відстані до 100 мільйонів світлових років. Наднові постійно спалахують в межах цього діапазону, тому є змога за допомогою вимірювань блиску наднових визначати відстані на шкалі в мільярди світлових років. Це не всі методи, які використовують для визначення відстаней у космосі, але кожен метод має обмежений діапазон і обмежену точність.
Оскільки для будь-якого вимірювання, яке ви робите, існує певна неточність, в драбині відстані можуть виникати помилки. Якщо вимірювання методом паралаксу трохи неточні, то вимірювання методом цефеїди будуть більш неточними від самого початку, а вимірювання за надновими ще менш точні. Тому, коли ми вимірюємо космічне розширення за допомогою різних методів, ми отримуємо результати, які дещо різняться. Це називають космічною напругою (cosmic tension). Раніше це не було величезною проблемою. Хоча різні методи давали різні результати, похибка вимірювань була досить великою, щоб результати збігалися. Але оскільки наші вимірювання стають більш точними, вони вже не збігаються. Вони суперечливі.
Новий масштаб драбини відстані суперечить масштабу відстані, визначеному за даними спостережень космічного апарата «Планк». Фото з сайту https://www.universetoday.com.
Щоб вирішити цю проблему, група астрономів нещодавно зосередилася на тому, щоб зробити драбину космічних відстаней більш точною. Вони зосередили увагу на вимірюванні паралаксів, тобто основи, на яку спираються методи визначення відстаней в астрономії. Науковці використали дані від космічного корабля «Гайя» (Gaia). «Гайя» виміряла паралакси і рух понад мільярда зір, зокрема і цефеїд. Це дало змогу астрономам зменшити похибку методу цефеїд лише до 1%. На основі цього нового результату вони отримали значення сталої Габбла (швидкість космічного розширення) в межах 71,6 — 74,4 км/сек/Мпк. Це добре, але отримані значення ще більше суперечать тим, які отримано іншим методам, зокрема на підставі даних спостережень космічного мікрохвильового фону, отриманих за допомогою космічного апарата «Планк». Значення сталої Габбла за даними вимірювань «Планка» лежать в межах від 67,2 до 68,1 км/сек/Мпк.
Здається, що точнішими є наші вимірювання, то сильнішою стає проблема космічної напруги. У космічному розширенні є щось, чого ми явно не розуміємо. Ми можемо лише сподіватися, що отримавши більше якісних даних нам вдасться вирішити цю проблему.
За інф. з сайту www.universetoday.com
