«Уэбб» подтвердил теорию космической эволюции
Автор: CC0 Public Domain
Новые наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба позволяют предположить, что за десятилетней загадкой, почему Вселенная сегодня расширяется быстрее, чем в период своего зарождения миллиарды лет назад, может скрываться новая особенность во Вселенной, а не ошибка в измерениях телескопа.
Новые данные подтверждают измерения расстояний между близлежащими звездами и галактиками, проведенные космическим телескопом Хаббл, предлагая важную перекрестную проверку для устранения несоответствия в измерениях загадочного расширения Вселенной. Известное как напряжение Хаббла, это несоответствие остается необъяснимым даже для лучших космологических моделей.
«Расхождение между наблюдаемой скоростью расширения Вселенной и предсказаниями Стандартной модели предполагает, что наше понимание Вселенной может быть неполным. Поскольку два флагманских телескопа НАСА теперь подтверждают выводы друг друга, мы должны отнестись к этой проблеме [напряженности Хаббла] очень серьезно — это вызов, но также и невероятная возможность узнать больше о нашей Вселенной», — сказал лауреат Нобелевской премии и ведущий автор Адам Рисс, заслуженный профессор Bloomberg и профессор физики и астрономии имени Томаса Дж. Барбера в Университете Джонса Хопкинса.
Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, основано на открытии Рисса, удостоенном Нобелевской премии, согласно которому расширение Вселенной ускоряется из-за таинственной «темной энергии», пронизывающей обширные участки пространства между звездами и галактиками.
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
Они использовали три различных метода для измерения расстояний до галактик, в которых вспыхивают сверхновые, сосредоточившись на расстояниях, ранее измеренных телескопом «Хаббл», который, как известно, обеспечивает наиболее точные «локальные» измерения этого числа.
Наблюдения с обоих телескопов практически совпали, показав, что измерения Хаббла точны, и исключив неточность, достаточно большую, чтобы приписать напряжение ошибке Хаббла.
Тем не менее, постоянная Хаббла остается загадкой, поскольку измерения, основанные на наблюдениях за современной Вселенной с помощью телескопа, дают более высокие значения по сравнению с прогнозами, сделанными с использованием «стандартной модели космологии» — общепринятой концепции того, как работает Вселенная, откалиброванной с помощью данных космического микроволнового фона — слабого излучения, оставшегося после Большого взрыва.
В то время как стандартная модель дает постоянную Хаббла около 67–68 километров в секунду на мегапарсек, измерения, основанные на наблюдениях с помощью телескопа, регулярно дают более высокое значение — от 70 до 76, со средним значением 73 км/с/Мпк.
Это несоответствие озадачивало космологов более десятилетия, поскольку разница в 5–6 км/с/Мпк слишком велика, чтобы ее можно было объяснить просто недостатками в методах измерения или наблюдения. (Мегапарсеки — это огромные расстояния. Каждый из них равен 3,26 миллиона световых лет, а световой год — это расстояние, которое свет проходит за год: 9,4 триллиона километров или 5,8 триллиона миль.)
Команда Рисса сообщает, что поскольку новые данные Уэбба исключают существенные погрешности в измерениях Хаббла, напряжение Хаббла может быть вызвано неизвестными факторами или пробелами в понимании физики космологами, которые еще предстоит обнаружить.
Якоря и хозяева SN Ia, выбранные для перекрестной проверки расстояний HST и JWST из полной выборки HST из 4 якорей и 42 SNe Ia. Автор: Adam G. Riess et al
«Данные Уэбба — это как будто впервые увидеть Вселенную в высоком разрешении, и они действительно улучшают соотношение сигнал/шум измерений», — сказал Сиянг Ли, аспирант, работающий над исследованием в Университете Джонса Хопкинса.
Новое исследование охватило примерно треть полной выборки галактик Хаббла, используя известное расстояние до галактики под названием NGC 4258 в качестве точки отсчета. Несмотря на меньший набор данных, команда достигла впечатляющей точности, показав разницу между измерениями менее 2% — намного меньше, чем приблизительно 8–9% размера расхождения натяжения Хаббла.
В дополнение к анализу пульсирующих звезд, называемых цефеидами, золотого стандарта для измерения космических расстояний, группа провела перекрестную проверку измерений, основанных на богатых углеродом звездах и самых ярких красных гигантах в тех же галактиках.
Все галактики, наблюдавшиеся Уэббом вместе с их сверхновыми, дали постоянную Хаббла 72,6 км/с/Мпк, что почти идентично значению 72,8 км/с/Мпк, найденному Хабблом для тех же самых галактик.
Исследование включало образцы данных Уэбба из двух групп, которые независимо работают над уточнением постоянной Хаббла: одна из группы Рисса SH0ES (Supernova, H 0, для уравнения состояния темной энергии) и одна из программы «Хаббл» Карнеги-Чикаго, а также из других групп.
Объединенные измерения позволяют получить наиболее точное на сегодняшний день определение точности расстояний, измеренных с помощью телескопа «Хаббл» до цефеид, которые имеют основополагающее значение для определения постоянной Хаббла.
Хотя постоянная Хаббла не оказывает практического влияния на Солнечную систему, Землю или повседневную жизнь, она раскрывает эволюцию Вселенной в чрезвычайно больших масштабах, когда огромные области пространства растягиваются и отталкивают друг от друга далекие галактики, словно изюминки в поднимающемся тесте.
Это ключевое значение, которое ученые используют для картирования структуры Вселенной, углубления понимания ее состояния через 13–14 миллиардов лет после Большого взрыва и расчета других фундаментальных аспектов космоса.
Разрешение проблемы напряженности Хаббла может открыть новые возможности для понимания большего количества несоответствий стандартной космологической модели, которые были выявлены в последние годы, считает Марк Камионковски, космолог из Университета Джонса Хопкинса, который помог рассчитать постоянную Хаббла и недавно помог разработать возможное новое объяснение этой напряженности.
Стандартная модель объясняет эволюцию галактик, космический микроволновый фон от Большого взрыва, распространенность химических элементов во Вселенной и многие другие ключевые наблюдения, основанные на известных законах физики. Однако она не полностью объясняет природу темной материи и темной энергии, загадочных компонентов Вселенной, которые, по оценкам, ответственны за 96% ее состава и ускоренного расширения.
«Одним из возможных объяснений напряженности Хаббла может быть отсутствие чего-то в нашем понимании ранней Вселенной, например, нового компонента материи — ранней темной энергии, — который дал Вселенной неожиданный толчок после Большого взрыва», — сказал Камионковски, не принимавший участия в новом исследовании.
«И есть другие идеи, такие как забавные свойства темной материи, экзотические частицы, изменение массы электрона или первичные магнитные поля, которые могут сработать. Теоретики имеют полное право быть весьма креативными».
Больше информации: Adam G. Riess et al, JWST Validates HST Distance Measurements: Selection of Supernova Subsample Explains Differences in JWST Estimates of Local H0, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad8c21
Источник: Johns Hopkins University
0 комментариев