Новое исследование, проведенное канадским физиком, предполагает, что возраст Вселенной может составлять 26,7 миллиарда лет. Эта гипотеза противоречит общепринятой космологической модели и является непростой для подтверждения, однако способна пролить свет на некоторые нерешенные вопросы, касающиеся ранней стадии развития Вселенной.
Астрофизики на протяжении многих лет определяли возраст Вселенной, оценивая время, прошедшее с момента Большого взрыва, и исследуя наиболее древние звезды, анализируя красное смещение света, достигающего нас из удаленных галактик сверхновые типа Ia (обладая характерным спектральным составом, они демонстрируют схожую энергию вспышки, но отличаются по наблюдаемой яркости из-за различного расстояния до Земли. Сопоставляя яркость этих «стандартных свечей космологии», позволяет определить расстояние до галактик, содержащих эти сверхновые.
Астрономы также выяснили, что объекты, определенные как находящиеся на большом расстоянии с помощью этого метода, демонстрируют более высокую степень красноты по сравнению с аналогичными объектами, расположенными ближе ( космологическое красное смещение). Чтобы разъяснить эту особенность, изначально была предложена модель «утомленного света» — фотоны теряют энергию по мере увеличения расстояния, что приводит к увеличению их длины волны и смещению в красную область спектра. Данное объяснение оказалось несостоятельным из-за ряда факторов, в частности, из-за того, что астрономы наблюдают более продолжительную продолжительность вспышек сверхновых в удаленных областях Вселенной по сравнению с теми, что находятся ближе.
Поэтому вместо гипотезы «утомленного света» увеличение красного смещения с расстоянием объясняют общей теорией относительности. В соответствии с ней, красное смещение — это естественный эффект для фотона, движущегося через расширяющееся пространство-время. Это также объясняет, почему вспышки сверхновых в ранней Вселенной длились дольше, чем в ближней: из-за растяжения фотонов от далеких сверхновых, астрономы фиксировали видимое замедление времени для событий, происходивших в ранней Вселенной. По расчетам в рамках этого подхода, наблюдаемое красное смещение от далеких галактик дает четко определенную скорость их удаления друг от друга за счет расширения Вселенной — примерно 70 километров в секунду на мегапарсек. Если поделить расстояние между далекими галактиками и нами на эту величину, получается 13,8 миллиарда лет — выходит, Большой взрыв, породивший нынешнюю Вселенную, случился именно тогда.
Сложности с возрастом
В последние десять лет стали поступать данные, которые противоречат классической модели развития Вселенной. Например, существуют очень древние звезды, такие как Мафусаил ( HD 140283) и другие, которые, как предполагалось, образовались 13,5 миллиарда лет назад. Ранее считалось, что для формирования первых звезд после Большого взрыва потребовались сотни миллионов лет. Также ученые обнаружили некоторые галактики из ранней Вселенной, находящиеся на продвинутой стадии космической эволюции: хотя они видны нам такими, какими были лишь через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, они содержат относительно богатые тяжелыми элементами звезды, для формирования которых требуется большое время звездной эволюции.
Чтобы разрешить это противоречие, профессор Раджендра Гупта предложил ( Rajendra Gupta) из Оттавского университета (Канадский ученый предложил объединить гипотезу «усталого света» с объяснением красного смещения, основанным на расширении Вселенной, в контексте теории относительности. Работу на эту тему ученый опубликовал в журнале Місячні записи Королівського астрономічного товариства .
По словам астрофизика, гипотезы о том, что фундаментальные физические константы, определяющие взаимодействие между частицами, получают объяснение при использовании модели усталого света, могут меняться со временем. Включая те константы, по которым рассчитываются космологическое красное смещение и возраст Вселенной.
Если константы претерпевают изменения, указанные выше, то время, необходимое для формирования первых галактик, которые мы видим при больших красных смещениях, может возрасти с нескольких сотен миллионов лет до нескольких миллиардов. Это увеличивает продолжительность развития галактик и возникновения старых звезд в ранней Вселенной. Исходя из этого, Гупта предложил, что возраст Вселенной может составлять 26,7 миллиарда лет, что примерно вдвое превышает современные оценки.
Новые ответы, новые вопросы
В своей работе Гупта стремится разрешить расхождения между относительно небольшим возрастом Вселенной, предсказанным теорией относительности (13,8 миллиарда лет), и обнаруженными за последнее десятилетие зрелыми галактиками. Например, возрасту галактики HD1 установлено 13,463 миллиарда лет, и она сформировалась всего через 324 миллиона лет после Большого взрыва. При этом она сохраняет высокую светимость, сопоставимую с показателями современных галактик. Традиционная космологическая модель не способна объяснить, как за столь короткий промежуток времени могло возникнуть необходимое количество звезд для формирования яркой галактики. В связи с этим Гупта обратился к гипотезе утомленного света, разработанной в конце 1920-х годов.
Его работа, в первую очередь, не смогла полностью раскрыть причины «утомления света». Например, если бы фотоны теряли энергию по мере удаления от источника, спектр реликтового излучения, оставшегося от эпохи Большого взрыва, выглядел бы иначе, чем наблюдается в настоящее время. В принципе, изменение физических констант, опираясь на гипотезу Гупты о их изменчивости во времени, могло бы объяснить и это, но, во-вторых».
Одним із ключових недоліків підходу Гупти є його практична неперевірюваність. Виходячи з припущення, що фізичні константи в ранньому Всесвіті зазнавали змін, можна пояснити майже будь-які спостереження, зроблені з цього періоду. Проте, ми не маємо можливості підтвердити, чи дійсно вони змінювалися таким чином, оскільки проведення експериментів у ранньому Всесвіті є неможливим. Таким чином, гіпотеза Гупти має низьку ступінь перевірюваності, що ставить її під сумнів як науково.
Альтернативные мнения
Существуют и другие объяснения существования зрелых галактик в ранней Вселенной, основанные исключительно на теории относительности и не требующие привлечения гипотез, таких как «утомление света» или меняющиеся физические константы. Сторонники этой точки зрения полагают, что наша Вселенная имеет циклический характер, последовательно переживая фазы сжатия и расширения.
Переход от одной Вселенной к другой сопровождается переносом существенной части «реликтовых» черных дыр, которые выступают в роли «зародышей» для стремительного формирования галактик и ускоренного начала звездообразования в них. Наиболее всеобъемлющая теория, представленная в этом ключе, была изложена в книге физика Николая Горькавого, вышедшей в 2023 году «Осциллирующая Вселенная». В рамках этой модели возраст Вселенной значительно превышает 13,8 миллиарда лет – период, прошедший с момента последнего Большого взрыва, но теперь не вдвое, а в гораздо большее число раз.