Новые данные по измерениям усугубляют «напряжение Хаббла» – растущее противоречие между скоростью расширения Вселенной, определяемой локальными наблюдениями, и теоретическими расчетами, основанными на информации о далеких объектах. Исследования, проведенные группой ученых под руководством Дэна Сколника из Университета Дьюка, демонстрируют, что скорость расширения Вселенной превышает ожидания, основанные на стандартной космологической модели. Это расхождение ставит под сомнение наши представления о структуре Вселенной и фундаментальных физических законах, которые ее регулируют.
Определение постоянной Хаббла, характеризующей скорость расширения Вселенной, играет ключевую роль в современной космологии. Используя данные, полученные с помощью спектроскопического прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), который ежедневно проводит наблюдения за тысячами галактик, а также анализируя кривые блеска 12 сверхновых типа Ia в скоплении галактик Кома, команда Сколнича получила точное измерение: 76,5 км/с на мегапарсек. Полученное значение соответствует результатам предыдущих локальных измерений, однако значительно отличается от расчетов, основанных на данных о ранней Вселенной.
Сколнич утверждает, что «стандартная космологическая модель может быть поставлена под сомнение». Полученные данные указывают на то, что причина заключается не в ошибках измерений, а в теоретических моделях, используемых для описания развития Вселенной.
Космическая шкала для постоянной Хаббла
Для определения скорости расширения Вселенной астрономы используют космическую лестницу – систему методов, основанную на последовательном определении расстояний до удаленных объектов. Каждый этап этой шкалы откалиброван с использованием конкретного и однозначного метода измерения. Начальный этап, или первая «перекладина», обычно включает в себя близкие и легко измеряемые объекты, например, звезды или скопления галактик.
Для исследования Сколнича основой послужило скопление галактик Кома, находящееся на расстоянии около 320 миллионов световых лет от Земли. Данное расстояние было определено с использованием сверхновых типа Ia – уникальных звездных взрывов, выполняющих роль точных индикаторов удаленности. Благодаря предсказуемой собственной яркости, измерение яркости этих взрывов с Земли позволяет точно установить расстояние до них.
Используя данные о 12 сверхновых типа Ia, расположенных в скоплении Кома, ученые смогли с высокой точностью вычислить расстояние до этого скопления. Полученные результаты позволили откалибровать все последующие этапы космической лестницы, основанной на наблюдениях за более далекими объектами, например, галактиками и сверхновыми в отдаленных областях Вселенной.
Хаббловское напряжение и проблема моделей
Определённое с помощью этой калибровки значение постоянной Хаббла (76,5 км/с на мегапарсек) соответствует данным других локальных измерений.
Полученные результаты не соответствуют прогнозам теоретических моделей, опирающихся на характеристики ранней Вселенной, как они определены по данным космического микроволнового фона, полученным со спутника Planck. Planck указывает на постоянное значение порядка 67,4 км/с на мегапарсек, в то время как локальные наблюдения демонстрируют систематически более высокие показатели — приблизительно 73-77 км/с на мегапарсек.
Это несоответствие побудило исследователей переоценить как способы проведения измерений, так и базовые принципы общепринятой космологической модели. И, по словам Сколнича:
«Несмотря на различные методики, результаты оказываются весьма сопоставимыми. Это указывает на то, что причина не в используемых инструментах или подходах, а в применяемых моделях ».
Космологические последствия
Исследования, проведенные в 2024 году с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб», изначально поставили под сомнение, но впоследствии многократно подтвердили существование хаббловского напряжения, а также позволили усовершенствовать независимые методы оценки скорости расширения Вселенной.
Значения Хаббловского напряжения вызывают статистическую аномалию, которая ставит под сомнение стандартную модель. Этот вопрос может повлечь за собой существенную переоценку космологических теорий и повлиять на наше представление о материи, энергии и фундаментальных физических законах.
Несоответствия в оценках постоянной Хаббла могут указывать на изменение характеристик Вселенной, которое последовало за Большим взрывом и не было предусмотрено текущими моделями. Альтернативно, это может быть связано с влиянием неизвестных нам компонентов, в отношении которых существующие теории уже демонстрируют расхождения.
Для дальнейших исследований потребуются измерения с большей точностью. Телескопы нового поколения, в частности, предоставят ценные данные, которые расширят возможности анализа, охватывая различные периоды эволюции Вселенной и более удаленные ее области.
Сколник продолжает утверждать, что противоречие в определении постоянной Хаббла способствует развитию научных изысканий: « На данном этапе мы подвергаем испытания модели, которые применялись на протяжении десятилетий, и обнаруживаем расхождения. Это захватывающий период, предоставляющий шанс узнать нечто принципиально новое о Вселенной ».
Ознакомиться с исследованием, представленным в журнале The Astrophysical Journal Letters, можно .