Анализ данных Уэбба: новое понимание скорости расширения Вселенной
Ученые использовали новые данные, полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба, чтобы по-новому оценить скорость расширения Вселенной с течением времени, измерив свет от 10 галактик, включая галактику NGC 3972, представленную выше. Автор: Yuval Harpaz, data via JWST
Постоя́нная Ха́ббла (пара́метр Ха́ббла) — коэффициент, входящий в закон Хаббла, который связывает расстояние до внегалактического объекта (галактики, квазара) со скоростью его удаления. Обычно обозначается буквой H. Имеет размерность, обратную времени (H ≈ 2,2⋅10−18 с−1), но выражается обычно в км/с на мегапарсек, обозначая таким образом среднюю скорость разлёта в современную эпоху двух галактик, разделённых расстоянием в 1 Мпк. В моделях расширяющейся Вселенной постоянная Хаббла изменяется со временем, а смысл термина «постоянная» — в том, что в каждый данный момент времени во всех точках Вселенной величина H одинакова. Википедия
Однако новые измерения, полученные с помощью мощного космического телескопа имени Джеймса Уэбба, похоже, указывают на то, что конфликта, также известного как «напряжение Хаббла», может и не быть.
Настоя́щее, настоя́щее вре́мя (сокращённо н.в.) — часть линии времени, состоящая из событий, которые происходят в данный момент, то есть определенная область пространства-времени. При определённых допущениях под настоящим временем понимаются текущие дни, месяцы и даже годы. В этом смысле настоящее противопоставлено прошлому (множество событий, которые уже произошли) и будущему (множество событий, которые ещё не произошли), и расположено между ними. Википедия
Их измерение, 70 километров в секунду на мегапарсек, перекрывает другой основной метод определения постоянной Хаббла.
«Основываясь на этих новых данных JWST и используя три независимых метода, мы не находим весомых доказательств напряженности Хаббла», — сказал Фридман, известный астроном и профессор астрономии и астрофизики в Университете Джона и Мэрион Салливанов в Чикагском университете. «Напротив, похоже, что наша стандартная космологическая модель для объяснения эволюции Вселенной выдерживает проверку временем».
Напряжение Хаббла?
Мы знали, что Вселенная расширяется с течением времени с 1929 года, когда выпускник Чикагского университета Эдвин Хаббл (бакалавр наук 1910, доктор философии 1917) провел измерения звезд, которые показали, что самые далекие галактики удаляются от Земли быстрее, чем близлежащие галактики. Но было удивительно сложно определить точное число того, насколько быстро расширяется Вселенная в настоящее время.
Это число, известное как постоянная Хаббла, необходимо для понимания предыстории Вселенной. Это ключевая часть нашей модели того, как Вселенная развивается с течением времени.
Концепция художника, показывающая расширение Вселенной с течением времени после Большого взрыва. Автор: NASA's Goddard Space Flight Center
«Подтверждение реальности постоянной Хаббла имело бы значительные последствия как для фундаментальной физики, так и для современной космологии», — пояснил Фридман.
Учитывая важность и сложность проведения этих измерений, ученые проверяют их разными методами, чтобы убедиться в их максимальной точности.
Один из основных подходов включает изучение остаточного света от последствий Большого взрыва, известного как космический микроволновый фон. Текущая наилучшая оценка постоянной Хаббла с помощью этого метода, который является очень точным, составляет 67,4 километра в секунду на мегапарсек.
Второй основной метод, на котором специализируется Фридман, заключается в измерении расширения галактик в нашем локальном космическом окружении напрямую, используя звезды, яркость которых известна. Так же, как автомобильные фары кажутся тусклее, когда они находятся далеко, на все большем и большем расстоянии звезды кажутся все тусклее и тусклее. Измерение расстояний и скорости, с которой галактики удаляются от нас, затем говорит нам, насколько быстро расширяется Вселенная.
В прошлом измерения с помощью 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 отсутствовать что-то существенное. Например, поскольку один метод рассматривает самые ранние дни Вселенной, а другой — текущую эпоху, возможно, что-то крупное изменилось во Вселенной с течением времени. Это кажущееся несоответствие стало известно как «напряжение Хаббла».
Виды звезд, полученные с помощью JWST (слева), заметно четче, чем те же звезды, полученные с помощью космического телескопа Хаббл (справа). Автор: Freedman, et al
Уэбб вмешивается
Космический телескоп Джеймса Уэбба или JWST предлагает человечеству новый мощный инструмент для наблюдения за дальним космосом. Запущенный в 2021 году преемник телескопа Хаббла сделал потрясающе четкие снимки, раскрыл новые аспекты далеких миров и собрал беспрецедентные данные, открыв новые окна во Вселенную.
Фридман и ее коллеги использовали телескоп для проведения измерений десяти близлежащих галактик, которые легли в основу измерения скорости расширения Вселенной.
Для перекрестной проверки своих результатов они использовали три независимых метода. Первый использует тип звезды, известный как переменная звезда цефеида, которая предсказуемо меняет свою яркость с течением времени. Второй метод известен как «Кончик ветви красных гигантов» и использует тот факт, что звезды с малой массой достигают фиксированного верхнего предела своей яркости.
Третий и новейший метод использует тип звезд, называемых углеродными звездами, которые имеют постоянные цвета и яркости в ближнем инфракрасном спектре света. Новый анализ является первым, в котором все три метода используются одновременно в пределах одних и тех же галактик.
В каждом случае значения находились в пределах погрешности для значения, полученного методом измерения реликтового излучения, равного 67,4 километра в секунду на мегапарсек.
«Для нас получение хорошего согласия от трех совершенно разных типов звезд является весомым показателем того, что мы на правильном пути», — сказал Фридман.
«Будущие наблюдения с помощью JWST получат решающее значение для подтверждения или опровержения напряженности Хаббла и оценки ее последствий для космологии», — сказал соавтор исследования Барри Мадор из Института науки Карнеги и приглашенный преподаватель Чикагского университета.
Больше информации: Wendy L. Freedman et al, Status Report on the Chicago-Carnegie Hubble Program (CCHP): Three Independent Astrophysical Determinations of the Hubble Constant Using the James Webb Space Telescope, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06153
Источник: University of Chicago
0 комментариев