Древнейшие звездные скопления способны служить своеобразными «индикаторами» времени во Вселенной. Исследователи впервые продемонстрировали, что на основе возраста этих образований можно автономно определить темп расширения космоса. Данный подход может способствовать проверке действующих теорий мироздания и приблизить нас к разрешению противоречий в определении постоянной Хаббла.

Темпы увеличения расстояний между галактиками являются одним из основополагающих параметров современной науки о Вселенной. Она характеризуется постоянная Хаббла — числом, отражающим скорость роста удаленности между островными системами в процессе расширения пространства. Специалисты, тем не менее, столкнулись столкнулись с существенной сложностью: различные способы определения постоянной дают расходящиеся результаты.

Некоторые выводы строятся на анализе характеристик ранней Вселенной, в частности реликтового излучения – слабого микроволнового фона, появившегося приблизительно через 380 тысяч лет после Большого взрыва. Другие используют информацию о более поздних этапах развития космоса: к примеру, расстояния до галактик, где фиксируются вспышки сверхновых типа Ia — взрывы белых карликов, яркость которых позволяет определять космические масштабы.

Различие между двумя методами было обозначено как «напряжение Хаббла». Причина заключается в том, что величина этого расхождения слишком велика, чтобы ее можно было объяснить ошибками при проведении наблюдений. Если это различие действительно существует, то это указывает на необходимость пересмотра современной космологической модель ΛCDM Возможно, имеющиеся данные не охватывают всех аспектов явления, и наши представления о темной энергии – таинственной форме энергии, ответственной за ускорение расширения Вселенной – требуют уточнения. Именно поэтому любые независимые способы определения постоянной Хаббла вызывают значительный интерес.

К числу таких подходов могут быть отнесены древнейшие звездные группы, сформировавшиеся вскоре после возникновения космоса. Ранее этот метод применялся в основном для объектов расположенных относительно недалеко, однако запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб» открыл возможность исследования их более удаленных аналогов.

Авторы нового исследования, опубликованного Группа ученых, опубликовавшая свои результаты на сервере предварительных публикаций arXiv.org, исследовала систему Cosmic Gems Arc – расположенную в отдалении галактику, свет от которой достиг нас из периода, когда Вселенной было всего 470 миллионов лет. Название она получила благодаря необычному внешнему виду на изображениях «Уэбба»: под воздействием гравитационного линзирования ее изображение вытянулось в яркую дугу, внутри которой удалось выделить звездные скопления. После дополнительной обработки изображений астрономы идентифицировали 20 точечных источников света, соответствующих десяти различным по структуре звёздным группам.

Возраст каждого из скоплений определялся путем сопоставления его светимости в различных диапазонах электромагнитного спектра с результатами компьютерных симуляций развития звезд. Поскольку при этом не принимались во внимание допущения относительно возраста Вселенной, полученные результаты можно использовать как независимый метод проверки существующих измерений постоянной Хаббла.

Согласно расчетам, средний возраст наиболее старой части исследованной группы составил 102 миллиона лет. Эти данные были объединены с самыми точными оценками возраста древних шаровых скоплений нашей Галактики. Таким образом, ученым впервые удалось использовать звездные скопления, сформировавшиеся в современной и ранней Вселенной, как единый инструмент для оценки постоянной Хаббла.

Теперешние ограничения выглядят не столь значительными: среднее значение константы оказалось около семидесяти километров в секунду на мегапарсек (один мегапарсек эквивалентен трем миллионам двести шестьдесят тысячам световых лет). Однако, погрешность измерения всё ещё весьма существенна. К примеру, изучение реликтового фона показывает 67 километров в секунду на мегапарсек, а наблюдения за сверхновыми типа Ia – 74 километра в секунду на мегапарсек.

Однако наибольшую ценность представляют не сами числовые значения, а подтверждение эффективности нового подхода. Если в перспективе нескольких лет будет собрано около 300 данных о подобных звездных скоплениях на различных расстояниях, то точность определения постоянной Хаббла может возрасти до четырех процентов. Такой уровень результативности сделает новый метод сопоставимым с передовыми космологическими измерениями.

Поскольку «Уэбб» постоянно обнаруживает подобные явления, и будущие исследования с помощью телескопа «Нэнси Грэй Роман» увеличат количество таких объектов, у ученых появится возможность найти дополнительный способ убедиться: действительно ли постоянная Хаббла указывает на новые физические процессы — или же расхождения в данных объясняются недостатками текущих методов наблюдений.