Как быстро расширяется Вселенная? Это сложно, показывает Хаббл
Космический телескоп Хаббл, возможно, больше всего известен публике за прекрасные изображения космоса, которые он захватывает, но он наиболее известен среди астрономов тем, что он дает новаторские идеи о расширении Вселенной. До запуска телескопа ученые знали, что Вселенная расширяется, но не знали, с какой скоростью это расширение происходит. Находки, сделанные Хабблом в 1990-х годах, впервые точно определили эту цифру.
Скорость расширения Вселенной называется постоянной Хаббла (названной, как и телескоп, в честь астронома Эдвина Хаббла, который нашел первое доказательство расширения Вселенной в 1920-х и 1930-х годах) и является одним из самых важных чисел в космология. Эта константа важна для понимания того, как развивалась Вселенная, и точного определения возраста Вселенной, поскольку расширение можно проследить до Большого взрыва. До запуска космического телескопа «Хаббл» ученые оценивали возраст Вселенной где-то между 8 и 20 миллиардами лет. Благодаря данным Хаббла, эта цифра была уточнена до гораздо более точных 13,8 миллиардов лет.
Однако это не означает, что работа сделана. К 2000-м годам оценка постоянной Хаббла была довольно точной — 72 километра в секунду на мегапарсек, но с ошибкой плюс-минус 8. С тех пор эта цифра уточнялась все больше и больше, и недавно было обнаружено 74.03 в 2019 году.
Однако в этом объяснении есть изгиб. Скорость расширения, измеренная Хабблом и другими телескопами , не согласуется со скоростью, предсказанной данными о самых ранних стадиях Вселенной. Поэтому исследователи использовали данные Хаббла в проекте под названием SHOES, в котором использовались как переменные звезды, называемые цефеидами, так и сверхновые типа Ia в качестве маркеров миль для измерения расстояний, чтобы получить наиболее точное измерение постоянной Хаббла.
«Это то, для чего был создан космический телескоп Хаббла, с использованием лучших известных нам методов. Вероятно, это величайший труд Хаббла, потому что Хабблу потребовалось бы еще 30 лет жизни, чтобы даже удвоить этот размер выборки», — сказал Адам Рисс, ведущий автор исследования, в заявлении . «Вы получаете наиболее точную меру скорости расширения Вселенной с помощью золотого стандарта телескопов и маркеров космических миль».
Команда Рисса изучила 42 взрыва сверхновых, которые действуют как маркеры расстояния, и смогла отточить цифру 73,04 для постоянной Хаббла с неопределенностью всего 1,04. Это в восемь раз точнее, чем ожидалось от Хаббла, когда он был запущен.
Однако даже при такой точности все еще существует расхождение между этим числом и числом, предсказанным данными из самой ранней Вселенной, которые измеряются путем изучения космического микроволнового фона. Эти результаты предсказывают, что постоянная Хаббла должна быть около 67.
Так что загадка остается, и у астрономов нет объяснения, почему эти числа различаются. Это несоответствие может указывать на совершенно новый тип физики, о котором нам еще предстоит узнать.
Однако на данный момент число постоянной Хаббла, измеренное при взгляде на сегодняшнюю Вселенную, является настолько точным, насколько это возможно.
«Постоянная Хаббла — это очень особенное число», — сказала в своем заявлении космолог Лисия Верде. «Его можно использовать, чтобы продеть иголку из прошлого в настоящее для сквозной проверки нашего понимания Вселенной. Это потребовало феноменального количества детальной работы».
Исследование будет опубликовано в The Astrophysical Journal.