Используя силу и синергию двух космических телескопов, астрономы сделали самые точные измерения на сегодняшний день скорости расширения Вселенной.
Эти результаты еще больше подогревают несоответствие между измерениями скорости расширения соседней вселенной и далекой, первозданной вселенной - до того, как звезды и галактики даже существовали.
Это так называемое «напряжение» подразумевает, что в основе всего мироздания может быть новая физика. Возможности включают в себя силу взаимодействия темной материи, темную энергию, которая еще более экзотична, чем считалось ранее, или неизвестная новая частица в ткани пространства.
Объединение наблюдений с космического телескопа NASA Hubble и космической обсерватории космического агентства Европейского космического агентства (ЕSА) Gaia, астрономы еще более усовершенствовали предыдущее значение постоянной Хаббла, скорости, с которой Вселенная расширяется от Большого взрыва, происшедшего 13,8 миллиарда лет назад.
Но по мере того, как измерения стали более точными, определение командой постоянной Хаббла все больше противоречит измерениям из другой космической обсерватории, миссии ESA Planck, которая придумывает другое предсказанное значение для постоянной Хаббла.
Planck наметил первозданную вселенную, как это было только через 360 000 лет после Большого Взрыва. На все небо запечатлен своеобразный след от Большого взрыва, закодированный в микроволнах реликтового излучения. Planck измерил размеры ряби в этом Космическом микроволновом фоне (CMB), которые были вызваны небольшими нарушениями в огромном огненном шаре. Мелкие детали этих рябей кодируют, сколько темной и нормальной, то есть, видимой материи есть, траектория вселенной в это время и другие космологические параметры.
Эти измерения, которые все еще оцениваются, позволяют ученым предсказать, как ранняя Вселенная, вероятно, превратилась бы в скорость расширения, которую мы можем измерить сегодня. Однако эти предсказания, похоже, не соответствуют новым измерениям нашей ближайшей современной вселенной.
«С добавлением новых данных космических телескопов Gaia и Hubble, у нас теперь есть серьезное напряжение с данными космического микроволнового фона», - сказал член команды Planck и ведущий аналитик Джордж Эфстатиу из Института космологии в Кавли, в Кембридже (Англия).
«Напряжение, похоже, превратилось в полномасштабную несовместимость между нашими взглядами на раннюю и позднюю вселенную», - сказал руководитель группы и лауреат Нобелевской премии Адам Рисс из Института космических телескопов и Университета Джона Хопкинса в Балтиморе (штат Мэриленд, США).
"На данный момент, очевидно, что это не просто грубая ошибка в одном измерении. Как будто вы предсказали, как высокий ребенок станет из диаграммы роста, а затем обнаружил, что взрослый он или она значительно превысил прогноз. Мы очень озадачены" - добавил он.
В 2005 году Адам Рисс и члены команды SHOES решили измерить скорость расширения Вселенной с беспрецедентной точностью. В последующие годы, усовершенствовав свои методы, эта команда сбрила неопределенность измерения скорости до беспрецедентных уровней. Теперь, объединив мощности телескопов Hubble и Gaia, они уменьшили эту неопределенность до 2,2 процента.
Поскольку постоянная Хаббла необходима для оценки возраста Вселенной, долгожданный ответ является одним из самых важных чисел в космологии. Он назван в честь астронома Эдвина Хаббла, который почти столетие назад обнаружил, что вселенная равномерно расширяется во всех направлениях, Это открытие как раз и породило современную космологию.
Кажется, что галактики отступают от Земли пропорционально их расстояниям, что означает, чем дальше они находятся, тем быстрее они отдаляются от нас. Это следствие расширения пространства, а не значения истинной космической скорости. Измеряя значение постоянной Хаббла во времени, астрономы могут построить картину нашей космической эволюции, вывести состав вселенной и раскрыть подсказки относительно ее окончательной судьбы.
Два основных метода измерения этого числа дают несовместимые результаты. Один из методов является прямым, создавая космическую «дистанционную лестницу» из измерений звезд в нашей локальной вселенной. Другой метод использует CMB для измерения траектории Вселенной вскоре после Большого Взрыва, а затем использует физику для описания Вселенной и экстраполяции до настоящего уровня расширения . Вместе измерения должны обеспечить сквозной тест нашего основного понимания так называемой «стандартной модели» вселенной.
Используя измерения Hubble и недавно опубликованные данные от Gaia, команда Рисса измерила нынешний темп расширения в 73,5 километра (45,6 мили) в секунду на мегапарсек. Это означает, что на каждые 3,3 миллиона световых лет от нас галактика, похоже, удаляется на 73,5 километра в секунду быстрее. Однако результаты Planck прогнозируют, что вселенная должна расширяться сегодня всего лишь 67,0 километров (41,6 мили) в секунду на мегапарсек. По мере того как измерения команд становились все более и более точными, пропасть между ними продолжала расширяться и теперь примерно в четыре раза превышает их общую неопределенность.
На протяжении многих лет команда Рисса улучшала точность постоянной Хаббла, рационализируя и укрепляя «космическую дистанционную лестницу», которая использовалась для измерения точных расстояний до ближайших и далеких галактик. Они сравнивали эти расстояния с расширением пространства , измеряемые растяжением света из соседних галактик. Используя кажущуюся внешнюю скорость на каждом расстоянии, они затем вычисляли константу Хаббла.
Чтобы измерить расстояния между соседними галактиками, его команда использовала особый тип звезды как космические критерии или маркеры расстояний. Эти пульсирующие звезды, называемые переменными цефеидами, тусклеют по скоростям, которые соответствуют их внутренней яркости. Сравнивая их внутреннюю яркость с кажущейся яркостью, видимой с Земли, ученые могут рассчитать их расстояния.
Gaia дополнительно уточнил этот критерий, геометрически измерив расстояние до 50 переменных цефеид в Млечном Пути. Эти измерения были объединены с точными измерениями их яркостей от Hubble. Это позволило астрономам более точно калибровать цефеиды, а затем использовать те, которые они увидели вне Млечного пути, как маркеры расстояний
«Когда вы используете цефеиды, вам нужно как расстояние, так и яркость», - объяснил Рисс.
Hubble предоставил информацию о яркости, а Gaia предоставила информацию параллакса, необходимую для точного определения расстояний. Параллакс - это кажущееся изменение позиции объекта из-за сдвига в точке зрения наблюдателя. Древние греки впервые использовали эту технику для измерения расстояния от Земли до Луны.
«Космический телескоп Hubble, действительно потрясающий, как обсерватория общего назначения, но Gaia - это новый золотой стандарт для калибровки дистанции. Он предназначен для измерения параллакса - это то, для чего она была предназначена», - сказал Стефано Казертано из Научного института космического телескопа и добавил член команды SHOES.
«Gaia приносит новую способность перекалибровать все пройденные дистанционные меры и, похоже, подтверждает нашу предыдущую работу. Мы получаем тот же ответ для константы Хаббла, если мы заменим все предыдущие калибровки дистанционной лестницы только параллаксами Gaia. Это перекрестная проверка между двумя очень мощными и точными обсерваториями», - добавил по этому поводу Казертано.
Цель команды Рисса - работать с Gaia, чтобы преодолеть порог уточнения константы Хаббла до значения только одного процента к началу 20-х годов текущего столетия. Между тем, астрофизики, вероятно, будут продолжать бороться с пересмотром своих представлений о физике ранней Вселенной.
Последние результаты команды Рисса опубликованы в номере журнала Astrophysical Journal от 12 июля этого года.
Ранее сообщалось о том, что астрономы выявили самый яркий квазар в ранней Вселенной.
Очень интересно. Продолжайте вашу работу, пожалуйста.
ОтветитьУдалить