Якщо вас бентежить сучасна космологія, ви не самотні. Космологи також збентежені, й два нових результати, здобуті з використанням дуже ріжних методів, доповнюють їхнє колективне здивування. Результати — це вимірювання швидкості розширення Всесвіту, відомої як стала Габбла. Астрономи намагаються встановити її точне значення, але в останні роки отримують ріжні відповіді на це основне питання.

Нещодавно Astrophysical Journal оприлюднив результати дослідження групи науковців на чолі з Венді Фрідман (Wendy Freedman) з Чиказького університету. Вони виявили, що наш всесвіт розширюється зі швидкістю 69,8 кілометрів на секунду на мегапарсек, де один мегапарсек дорівнює 3,26 мільйона світлових років.

Але в іншому дослідженні, опублікованому також нещодавно на сайті arXiv (веб-сайт наукових публікацій з відкритим доступом), міжнародний консорціум, відомий як H0LICOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring), під керівництвом Кеннета Вонґа (Kenneth Wong) з Токійського університету та Шеррі Суйю (Sherry Suyu) з Інституту Макса Планка в Німеччині, оцінив темп розширення Всесвіту на рівні 73,3 км на секунду на мегапарсек.

Результати близькі, але це не та відповідь, що зробить всіх щасливими. Обидві команди по суті заклали нові маркери в галузі, яка десятиліттями переповнена суперечками. І вони посилюють напруженість між групами, які використовують різні методи для вимірювання космічного розширення.

Ставки високі. Невеликі зміни сталої Габбла впливають на оцінку віку Всесвіту в межах сотень мільйонів років. І якщо астрономи зможуть отримати точне значення сталої Габбла, то це може допомогти розкрити природу таємничої темної енергії, що спричиняє прискорене розширення Всесвіту.

Нові вимірювання

Фрідман і її група застосували новий метод визначення сталої Габбла. Вони використовували Космічний телескоп імені Габбл та інші інструменти для вимірювання блиску дуже яскравих зір — червоних гігантів — на околицях інших галактик. Ці старі зорі є відносно простими об’єктами з майже однаковою і відомою світністю, тому астрономи можуть з точних вимірювань блиску визначати відстані.

Астрономи використовували Космічний телескоп імені Габбла для порівняння яскравості далеких зір — червоних гігантів. Оскільки ці давні зорі мають однакову яскравість, науковці можуть використовувати їхнє світло як «стандартну свічку», щоб з’ясувати, як далеко їхня галактика лежить від Землі. Ці результати потім порівнювали з швидкістями віддалення галактик, що дає змогу визначити швидкість розширення Всесвіту. Червоні гіганти, знайдені в ореолах їх галактик, показані тут в жовтих колах. Фото з сайту http://astronomy.com.

Цей метод відрізняється від попередніх зусиль, зокрема й головного спостережного проекту Фрідман  на Космічному телескопі імені Габбла два десятиліття тому. Замість того, щоб вивчати червоні гіганти, інші команди відстежували розширення Всесвіту за спостереженнями цефеїд — молодих зір, які періодично змінюють яскравість. Недавні вимірювання з використанням цефеїд показали, що стала Габбла становить близько 73. У квітні поточного року група SH0ES на чолі з нобелівським лауреатом Адамом Ріссом з Наукового інституту космічного телескопа та Університету Джонса Гопкінса отримала значення 74.

Астрономи очікували, що методи червоних гігантів і цефеїд дадуть той самий результат. Але ці значення є космологічно значущими. Причина невідповідності між ними, говорить Рісс, полягає в тому, що його група і група Фрідман використовували різні методи для врахування ефекту пилового затемнення.

Рісс каже, що якщо б команда Фрідман використовувала той же метод, то їхнє значення сталої Габбла майже відповідало б результату SH0ES. «Це значення насправді дає мені більше довіри до нашого результату», — сказав він.

Команда H0LICOW використовує незалежний метод, що спирається на геометрію, а не на спостереження за окремими зорями в інших галактиках. H0LICOW відстежує віддалені квазари — активні надмасивні чорні діри в центрі великих галактик — світло від яких зазнало гравітаційного лінзування галактиками на передньому плані, тобто тими, що лежать ближче до Землі, ніж квазари. Ефект викривлення простору-часу цими масивними галактиками спричиняє утворення «лінз», які розщеплюють світло, створюючи кілька зображень одного й того квазара. Як наслідок, світло з кожного зображення йде іншим шляхом до Землі. Спостерігаючи, як квазари на різних зображеннях змінювали блиск протягом місяців і років, астрономи H0LICOW виміряли сталу Габбла й отримали її значення 73,3 км/(с×Мпк).

«Наші результати дуже добре узгоджуються з результатами SH0ES», — відзначила Сую.

Той факт, що H0LICOW і SH0ES отримують однакову швидкість розширення (в межах їх похибки), незважаючи на використання радикально різних методів, дає велику впевненість, що значення сталої Габбла лежить десь приблизно в межах 73—74 км/(с×Мпк). Якщо метод червоних гігантів можна буде якось привести у відповідність з цими іншими методами, астрономи, ймовірно, вважатимуть, що проблему сталої Габбла вирішено.

Головоломка «Планка»

Але є ще один результат, який не цілком вписується в цю оптимістичну картину. Кілька років тому міжнародна група, яка аналізувала спостережні дані, отримані космічним зондом «Планк» Європейського космічного агентства, визначила із незначною похибкою значення сталої Габбла як 67,4.

«Планк» дав змогу космологам виконати дуже точні вимірювання космічного мікрохвильового фону, залишкового випромінювання від епохи раннього Всесвіту. Отримана карта розподілу неоднорідностей цього випромінювання надає інформацію про речовину, темну матерію і темну енергію, що складають Всесвіт. Вимірювання співвідношення цих космічних інгредієнтів від «Планка» дає змогу космологам передбачити, якою має бути стала Габбла.

Ця карта космічного мікрохвильового фонового випромінювання показує коливання температури, які відповідають ріжним значенням густини у Всесвіті. Фото з сайту http://astronomy.com.

Але результати H0LICOW і SH0ES перевищують значення, отримане завдяки зонду «Планк». Невідповідність, про яку говорить Рісс, має лише 1 до 100000 шансів виникнути в результаті помилок вимірювання. Він вважає, що ця невідповідність, ймовірно, пов’язана з якоюсь невідомою і, можливо, дуже цікавою новою фізикою.

Фрідман зазначає, що результат її команди лежить між низьким і високим значеннями, але він ближчий до значення сталої Габбла від «Планка». Вона не відкидає ймовірність того, що незначні помилки вимірювань ріжних наукових груп можуть бути відповідальними за ріжні значення сталої Габбла.

«Я гадаю, ці результати показують, що якщо ви покладаєтеся лише на один метод, ви можете пропустити щось систематичне, що важко розкрити одним методом», — сказала вона. «Тому потрібні незалежні методи».

Натомість Сую зазначає, що до вирішення питання ще далеко: «Проблема постійної Габбла лишається, оскільки кожна наукова група намагається зменшити невизначеність вимірювань і контролювати їх систематичні помилки. Незалежні й нові визначення сталої Габбла також були б дуже важливими».

За інф. з сайту http://astronomy.com