Проблема, известная как напряженность Хаббла, потенциально может изменить или даже полностью перевернуть космологию. В 2019 году измерения с помощью космического телескопа Хаббла ученые подтвердили, что загадка реальна, а в 2023 году еще более точные измерения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) подтвердили несоответствие.
Проверка, проведенная обоими телескопами, навсегда исключила возможность какой-либо ошибки измерений. Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, предполагает, что в человеческом понимании Вселенной может быть что-то серьезно неправильное.
«Теперь, когда ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную», — заявляет ведущий автор исследования Адам Рисс.
Напомним, что Адам Рисс, Сол Перлмуттер и Брайан П. Шмидт получили Нобелевскую премию по физике за 2011 год за открытие в 1998 году темной энергии, таинственной силы, стоящей за ускоряющимся расширением Вселенной.
В настоящее время существует два метода «золотого стандарта» для определения постоянной Хаббла — величины, описывающей скорость расширения Вселенной. Первый предполагает изучение крошечных флуктуаций космического микроволнового фона (CMB) — древнего реликта первого излучения Вселенной, возникшего всего через 380 тысяч лет после Большого взрыва.
В период с 2009 по 2013 год астрономы нанесли на карту этот микроволновый туман, используя спутник Европейского космического агентства Planck, чтобы определить постоянную Хаббла, равную примерно 46 200 миль в час на миллион световых лет, или примерно 67 километров в секунду на мегапарсек (км/с/Пдк).
Второй метод использует пульсирующие звезды, называемые переменными цефеидами. Звезды-цефеиды умирают, и их внешние слои газообразного гелия растут и сжимаются по мере поглощения и высвобождения излучения звезды, заставляя их периодически мерцать, как сигнальные лампы на расстоянии. По мере того как цефеиды становятся ярче, они пульсируют медленнее, что дает астрономам возможность измерить их абсолютную яркость. Сравнивая эту яркость с их наблюдаемой яркостью, астрономы могут выстроить цефеиды в «лестницу космических расстояний», чтобы заглянуть еще глубже в прошлое Вселенной. С помощью этой лестницы астрономы могут определить точное число для ее расширения, исходя из того, насколько растянут свет Цефеид или смещен в красный цвет.
Но именно здесь начинается загадка. Согласно измерениям переменной Цефеиды, проведенным Риссом и его коллегами, скорость расширения Вселенной составляет около 74 км/с/Пдк: невероятно высокое значение по сравнению с измерениями Планка. Космология была заброшена на неизведанную территорию.
«Мы бы назвали это не напряженностью или проблемой, а скорее кризисом», — заявил астроном, получивший Нобелевскую премию, Дэвид Гросс.
Первоначально некоторые ученые полагали, что это несоответствие может быть результатом ошибки измерения, вызванной смешением цефеид с другими звездами в апертуре Хаббла. Но в 2023 году исследователи использовали более точный телескоп JWST, чтобы подтвердить, что для первых нескольких «ступеней» космической лестницы их измерения Хаббла были правильными. Тем не менее, возможность дальнейшего перемещения в прошлое Вселенной остается.
Чтобы решить эту проблему, Рисс и его коллеги основались на своих предыдущих измерениях, наблюдая еще 1000 звезд-цефеид в пяти галактиках-хозяевах, удаленных от Земли на расстояние до 130 миллионов световых лет. Сравнив свои данные с данными Хаббла, астрономы подтвердили свои прошлые измерения постоянной Хаббла.
«Теперь мы охватили весь диапазон наблюдений Хаббла и можем с очень высокой степенью уверенности исключить ошибку измерений как причину напряженности Хаббла, — сообщил Рисс. — Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаруживаем, что измерения Хаббла остаются надежными по мере того, как мы продвигаемся дальше по лестнице космических расстояний».
