Ранее такая возможность существовала только для объектов, находящихся на небольшом расстоянии от нашей планеты.
На протяжении последних 13,8 миллиарда лет Вселенная непрерывно расширяется, и этот процесс происходит с ускорением. Вследствие расширения, волны, распространяющиеся в пространстве – будь то электромагнитные или гравитационные – подвергаются неизбежному «удлинению», то есть их длина значительно увеличивается по сравнению с первоначальной. Этот эффект иногда называют «космологическим замедлением времени», поскольку он приводит к тому, что с точки зрения современных земных астрономов, события, происходящие в отдаленных областях Вселенной, кажутся растянутыми во времени – подобно наблюдению за падением космонавта в черную дыру.
На деле же подобное «замедление времени», подобно тому, что наблюдается при падении в черную дыру, является иллюзией. Для наблюдателя, находящегося на границе черной дыры, замедления времени не происходит: он движется вглубь с обычной скоростью потока времени. Аналогично, события, происходящие в ранней Вселенной, развиваются с той же скоростью, что и у нас, однако мы воспринимаем их как «растянутые», как видео, воспроизводимое в замедленной съемке. Так, яркая вспышка, занимающая одну секунду и произошедшая в отдаленном космосе, откуда свет добирался до нас 12 миллиардов лет, будет восприниматься земным наблюдателем как длившаяся пять секунд.
Теоретически эффект известен давно, однако практически его обнаружение на больших расстояниях представляет собой сложную задачу. У нас отсутствуют данные о продолжительности древних процессов, и мы не можем наблюдать гигантские «часы», расположенные рядом с галактиками возрастом 12-13 миллиардов лет. Таким образом, для фиксации кажущегося замедления времени необходимо идентифицировать естественные астрономические «часы», чьи «показания» можно различить на значительных расстояниях.
Изучение динамики вспышек сверхновых, которые произошли в ближайших к нам областях Вселенной, позволяет использовать их для подобных часов. Анализируя, на сколько дольше протекают различные стадии вспышек на миллиарды световых лет от нас, астрономы уже определили, что время замедлялось в ранней Вселенной, то есть в тех ее областях, свет от которых доходит до нас за несколько миллиардов лет.
Для регионов, откуда свет доходил до нас 10 миллиардов лет и более, этот метод оказывается практически неприменим. Вспышка сверхновой — это относительно компактное явление, и на таких огромных расстояниях она попросту не может быть зафиксирована. Поэтому авторы свежего исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy попробовали решить вопрос за счет наблюдений за 190 квазарами. Квазары, или активные ядра галактик, — очень ярко светящиеся окрестности таких сверхмассивных черных дыр, что поглощают много материи. Скажем, когда-то чем-то таким могло быть ядро нашей Галактики.
Авторы исследования обнаружили, что изменения в светимости квазаров демонстрируют схожие тенденции. Вместе с тем, по мере увеличения расстояния до квазара, скорость изменения его светимости снижается. Ученые зафиксировали даже некоторое превышение этого видимого замедления по сравнению с тем, что ожидалось на основе красного смещения, отражающего расстояние до наблюдаемых объектов.
Исследователи полагают, что это может быть обусловлено различиями в динамике квазаров, расположенных в отдаленных областях Вселенной, по сравнению с современными. При этом, как подчеркивают авторы статьи, это лишь подтверждает эффект кажущегося замедления времени: если бы он отсутствовал, разница в скорости изменения светимости квазаров, близких и удаленных от нас, была бы значительно меньше той, что наблюдается – практически равна нулю.
Изучение эффекта кажущегося замедления времени может существенно расширить наше понимание истории Вселенной. Недавно консорциум NANOGrav зафиксировал гравитационные волны, порожденные слиянием черных дыр, с наногерцевой частотой – они подвергаются растяжению в процессе распространения через космос. Анализ этого кажущегося «замедления времени» может предоставить информацию о возрасте этих гравитационных волн. Согласно последним теоретическим моделям, они могут выступать в роли аналогов реликтового излучения в электромагнитном спектре, представляя собой отголоски событий, произошедших в эпоху Большого взрыва.