Одним из фундаментальных параметров для понимания эволюции нашей Вселенной является постоянная Хаббла. Это величина, учитывающая скорость расширения Вселенной, значение которой до сих пор точно не оценено. Так, существует расхождение между ее значением, предсказываемым космическим микроволновым фоном (CMB) — фоновым космическим излучением, оставшимся после Большого взрыва, и значением, рассчитанным по целому ряду независимых индикаторов расстояний.
Теперь «Джеймс Уэбб» позволил изучить и уточнить некоторые из самых убедительных наблюдательных доказательств этого несоответствия, известного также как «напряжение Хаббла». В исследовании, проведенном под руководством нобелевского лауреата Адама Рисса из Университета Джона Хопкинса, наблюдения «Уэбба» были использованы для повышения точности локальных измерений постоянной Хаббла.
Полученный результат подтверждает точность предыдущей оценки, сделанной с помощью наблюдений телескопа «Хаббл». Тем не менее он также подчеркивает расхождение с величиной, предсказываемой CMB.
Оценки Хаббла и Уэбба по цефеидам
Скорость расширения Вселенной показывает, насколько быстро она расширяется. Для ее оценки ученые используют в качестве индикаторов звезды из далеких галактик.
В частности, переменные звезды цефеиды, яркие сверхгиганты, пульсирующие с разными периодами, на протяжении десятилетий были важнейшими инструментами для измерения галактических расстояний. Чем дольше период пульсаций, тем они ярче, что делает их полезными для измерения астрономических расстояний.
Однако при наблюдении с Земли многие звезды расположены слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить. С другой стороны, совместное использование космических телескопов «Хаббл» и «Уэбб» позволило точно отделить Цефеиды от их соседей, подтвердив результаты измерений, проводившихся на протяжении десятилетий.
Телескоп «Уэбб» с его острым инфракрасным зрением улучшил разрешение и подтвердил точность 30-летних измерений «Хаббла». Эти данные необходимы для определения масштабов космических расстояний и точного расчета скорости расширения Вселенной.
Вклад Джеймса Уэбба
Большим вкладом «Уэбба» стали наблюдения в инфракрасном диапазоне волн. Для того чтобы увидеть свет, проходящий сквозь космическую пыль между Землей и далекими галактиками, необходим прибор, который видит в инфракрасном диапазоне. Поскольку JWST обладает именно такой особенностью, ему было гораздо проще, чем «Хабблу», легко отделить свет далеких Цефеид от света близких звезд.
В первый год работы «Уэбба» в рамках программы General Observers 1685 были собраны наблюдения тех же цефеид, которые были обнаружены «Хабблом» в разных галактиках. В частности, данное исследование посвящено двум галактикам:
- Первая, NGC 4258, является галактикой с известным геометрическим расстоянием, что позволило откалибровать истинную яркость Цефеид.
- Вторая, NGC 5584, — галактика, содержащая недавнюю сверхновую типа 1a, что полезно для точной оценки астрономических расстояний.
Благодаря «Уэббу» удалось резко снизить уровень шума в измерениях: только за первые два пролета «Уэбба» было замечено более 320 цефеид. В любом случае удалось подтвердить, что предыдущие измерения космического телескопа «Хаббл» были точными, хотя и более шумными.
Расхождение по поводу скорости расширения остается
Ученые пытаются понять, почему Вселенная расширяется так быстро. Проблема заключается в том, что, рассматривая первозданный образ Вселенной, CMB, и используя математические модели для оценки того, как быстро она должна расширяться сегодня, они получают оценку скорости расширения, отличную от той, которая измеряется наблюдениями, например, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Это может свидетельствовать о том, что нам не хватает фундаментальной части нашего понимания космоса. Таким образом, постоянное подтверждение экспериментальных значений наводит на мысль, что именно наша модель ошибочна, но, несмотря на это дальнейшее подтверждение, делать выводы пока рано.
Возможные объяснения включают в себя:
- Существование темной энергии или экзотической темной материи.
- Пересмотр наших представлений о гравитации.
- Наличие уникальной, пока еще не открытой частицы или поля.
Более простой гипотезой было бы совпадение ошибок измерений Хаббла и Уэбба в одном и том же направлении, но эта гипотеза была в значительной степени исключена астрономами в результате независимых измерений.
Появление аппарата Джеймса Уэбба дает новую возможность подтвердить или опровергнуть напряжение Хаббла. Пока тот факт, что его оценки согласуются с оценками Хаббла, укрепляет веру в то, что систематические ошибки в измерениях не являются основной причиной напряженности. Это означает, что наиболее интригующие объяснения, такие как существование новых форм энергии или материи, остаются правдоподобными, а тайна хаббловского напряжения остается открытой. Представляя собой одну из самых увлекательных проблем современной космологии.
С результатами исследования, принятыми к публикации в журнале The Astrophysical Journal, можно ознакомиться .