Останніми роками астрономія переживає певну кризу: хоча ми знаємо, що Всесвіт розширюється, і хоча ми приблизно знаємо, як швидко, два основні способи вимірювання цього розширення не збігаються. Тепер астрофізики з Інституту Нільса Бора пропонують новий метод, який може допомогти вирішити цю розбіжність.

Ми знаємо це ще відтоді, як Едвін Габбл та інші астрономи приблизно 100 років тому виміряли швидкості низки навколишніх галактик. Галактики у Всесвіті «рознесені» одна від одної через це розширення та віддаляються одна від одної.

Що більша відстань між двома галактиками, то швидше зростає відстань між ними, і точна швидкість цього руху є однією з найбільш фундаментальних величин у сучасній космології. Число, яке описує розширення, має назву «стала Габбла» і входить до безлічі різних рівнянь і моделей Всесвіту та його складових.

Проблеми сталої Габбла

Щоб зрозуміти Всесвіт, нам треба якомога точніше знати сталу Габбла. Існує кілька методів вимірювання її значення; методи, які є взаємно незалежними, але, на щастя, дають майже однаковий результат.

Себто, майже. Інтуїтивно найпростіший метод для розуміння — це, в принципі, той, який використовували Едвін Габбл і його колеги століття тому: знайдіть групу галактик і виміряйте їхні відстані та швидкості. На практиці це роблять шляхом пошуку галактик із зорями, що вибухають, тобто з так званими надновими. Інший метод заснований на аналізі нерівномірності так званого космічного фонового випромінювання — стародавнього випромінювання, що виникло невдовзі після Великого Вибуху.

Два методи — метод наднових і метод фонового випромінювання — завжди давали дещо різні результати. Але будь-яке вимірювання має невизначеності. Понад десять років тому невизначеності у вимірюванні значення сталої Габбла різними методами були достатньо суттєвими, а тому астрономи не мали змоги говорити про невідповідності результатів.

Проте, у міру вдосконалення методів вимірювання невизначеності зменшилися, і тепер ми досягли точки, коли можемо з високим ступенем упевненості стверджувати: один, чи обидва, із названих методів не можуть бути правильними.

Корінь цієї «проблеми Габбла» («Hubble trouble») — чи то невідомі ефекти, які систематично зміщують один із результатів, чи то натяк на нову фізику, яку ще належить відкрити — нині є однією з найгарячіших тем астрономії.

Нейтронні зорі, що зіштовхуються і вибухають, можуть допомогти знайти відповідь

Одна з найбільших проблем полягає в тому, щоб точно визначити відстань до галактик. У нещодавньому дослідженні, результати якого опубліковано в Astronomy & Astrophysics, Альберт Снеппен (Albert Sneppen), з Центру космічного світанку в Інституті Нільса Бора (Копенгаген) запропонував новий метод вимірювання відстаней, який може дати змогу вирішити поточну суперечку.

«Коли дві надкомпактні нейтронні зорі, які є залишками наднових, обертаються одна навколо одної та зрештою зливаються, вони вибухають як кілонова», — пояснює Альберт Снеппен. «Нещодавно ми продемонстрували: такий вибух надзвичайно симетричний, і виявилося, що ця симетрія не тільки красива, але й неймовірно корисна».

У третьому дослідженні (його результати оприлюднив The Astrophysical Journal), плідний доктор філософії показав, що кілонові, незважаючи на їх складність, можна описати однією лише температурою. І виявилося, що симетрія та простота кілонових дають змогу астрономам визначити, скільки світла вони випромінюють.

Порівнюючи світність кілонової із кількістю світла, що досягає Землі, дослідники можуть обчислити, на якій відстані вона міститься. Таким чином вони отримали новий незалежний метод обчислення відстані до галактик, що містять кілонові.

Дарач Вотсон (Darach Watson), доцент Центру космічного світанку та співавтор дослідження, пояснює: «Наднові зорі, які досі астрономии використовували для вимірювання відстаней до галактик, не завжди випромінюють однакову кількість світла. Крім того, спочатку треба відкалібрувати відстань до них за допомогою іншого типу зір, т.зв. цефеїди, відстань до яких, у свою чергу, також має бути відкалібрована. За допомогою кілонових ми можемо обійти ці ускладнення, які вносять невизначеності у вимірювання».

Новий метод підтверджує один із двох методів визначення сталої Габбла

Щоб продемонструвати його потенціал, астрофізики застосували метод до кілонової, відкритої в 2017 році. Результатом стало значення сталої Габбла, ближче до значення, яке отримують методом фонового випромінювання. Але чи зможе метод кілонової вирішити «проблему Габбла», дослідники поки не наважуються сказати.

«Поки що ми маємо лише один приклад, і нам потрібно ще багато прикладів, перш ніж ми зможемо отримати надійний результат», — зауважив Альберт Снеппен. «Але наш метод принаймні обходить деякі відомі джерела невизначеності та є дуже “чистим” способом для вимірювання. Він не вимагає ні калібрування, ні поправочного коефіцієнта».

За інф. з сайту https://phys.org