RW Space

Самое точное измерение того, как быстро расширяется Вселенная, показывает, что у нас есть реальная и серьезная проблема.

Международное сотрудничество H0DN – консенсусный отчет сообщества о постоянной Хаббла – изменило карту маркеров, которые мы используем для измерения космического расширения, создав систему, которая определяет скорость 73,5 километра в секунду на мегапарсек для локальной Вселенной с точностью 7 сигм.

Проблема в том, что независимые измерения по-прежнему возвращает скорость 67,24 километра в секунду на мегапарсек для ранней Вселенной – и эти новые усилия не приблизили нас к разрешению несоответствия, известного как напряжение Хаббла.

Пристегнитесь, мы можем объяснить.

Наша Вселенная возникла около 13,8 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется. Скорость, с которой это происходит, известна как постоянная Хаббла, или H₀, и это одно из фундаментальных измерений, которые мы используем для понимания окружающего нас космоса.

Постоянная Хаббла помогает рассчитать возраст и размер Вселенной. Это помогает нам понять влияние таинственной темной энергии, которая управляет расширением Вселенной. Это одно из значений, необходимых для расчета межгалактических расстояний.

У астрономов есть несколько очень точных инструментов для определения скорости H₀, и именно здесь начинаются проблемы.

Все инструменты для измерения скорости H₀ в локальной современной Вселенной дают довольно стабильные результаты: от 72 до 74 километров в секунду на мегапарсек. Инструменты для ее измерения в далекой ранней Вселенной также дают довольно стабильные результаты: около 67 или 68 километров в секунду на мегапарсек.

Однако эти две эпохи невозможно согласовать друг с другом, что позволяет предположить, что мы упускаем что-то важное. Это несоответствие известно как напряжение Хаббла.

Коллаборация H0DN подошла к решению проблемы, сосредоточив внимание на локальной Вселенной. Для измерения H₀ в локальном пространстве астрономы полагаются на так называемую лестницу космических расстояний, где каждая ступень лестницы представляет собой отдельный метод измерения.

Первая ступень — это параллакс, который представляет собой кажущееся смещение положения удаленных объектов, если смотреть с разных точек зрения. Когда Земля движется вокруг Солнца, параллакс звезд показывает нам, насколько далеко они находятся.

Вторая ступень — это звезды известной яркости, такие как переменные цефеиды. Третья ступенька — это сверхновые типа Ia, пик яркости которых известен.

Одно из возможных объяснений напряжения Хаббла состоит в том, что, возможно, произошел просчет на одной из ступенек лестницы расстояний, которая была доведена до окончательного измерения.

Чтобы решить эту проблему, коллаборация построила не лестницу, а сеть расстояний, построенную из многих перекрывающихся методов измерения расстояний, включая переменные цефеид, звезды на кончике ветви красных гигантов, переменные Миры, мегамазеры, сверхновые типа Ia и типа II, флуктуации поверхностной яркости, соотношение Талли-Фишера и фундаментальная плоскость.

Все это дает точные измерения близлежащих звезд и галактик, некоторые из которых перекрываются друг с другом. Объединенная сеть локальных расстояний предполагает, что местная постоянная Хаббла составляет 73,5 километров в секунду на мегапарсек.

Что особенно важно, исследователи тщательно проверили свои результаты на стресс-тестирование. Они попытались поочередно удалить несколько методов и телескопов, чтобы посмотреть, изменит ли удаление одного из них результат, что указывало бы на недостаток этого метода.

Они также пытались использовать разные наборы данных и менять предположения, на которых основывался их анализ.

Стрелка почти не двигалась. На сегодняшний день это самое тщательное исследование H₀ на локальном уровне, и оно выдержало все, что могло предпринять Коллаборация H0DN.

Но измерения H₀ в далекой Вселенной также надежны и постоянно колеблются в районе отметки 67 километров в секунду на мегапарсек.

В последние годы некоторые усилия были сосредоточены на опровержении напряженности Хаббла на том основании, что наши измерения могут быть ошибочными. Как правило, если нашими двумя вариантами являются человеческая ошибка и неизвестная физика, виновником, как правило, оказывается первый, так что это не является необоснованным ожиданием.

Однако это новое исследование убедительно показывает, что проблема действительно реальна – и для ее решения может потребоваться новая физика.

По теме: Это самый захватывающий кризис в космологии

Исследователи разместили свой код локальной дистанционной сети в свободном доступе на GitHub, поэтому что другие могут попытаться воспроизвести результаты.

«Вместо того, чтобы служить исключительно для ограничения моделей темной энергии, как предполагалось десять лет назад, повышенная точность H₀ теперь обнажает более широкое несоответствие в рамках стандартной космологической структуры и усиливает аргументы в пользу новой физики или более глубокой переоценки выводов ранней Вселенной», — пишет Коллаборация H0DN.

«Развивающаяся роль H₀ уже изменил наше понимание точной космологии, и впереди нас могут ожидать новые сюрпризы».

Работа была опубликована в журнале Astronomy & Astrophysicals.