Самый большой кризис в космологии наконец-то может найти решение
Постоянная и неприятная проблема со скоростью расширения Вселенной, возможно, не потребует переписывания всего, что мы знаем о физике.
Новые измерения, проведенные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, позволяют предположить, что локальная Вселенная увеличивается. от нас со скоростью около 70 километров (около 43 миль) в секунду на мегапарсек.
Это огромно, если это правда. Это могло бы, наконец, разрешить несоответствие между измерениями ускоряющегося расширения Вселенной, которое беспокоило ученых большую часть столетия: напряжение Хаббла, которое иногда называют самым большим кризисом в космологии.
Мы собираемся Нам потребуется гораздо больше работы, прежде чем мы сможем объявить, что проблема окончательно решена, но новые измерения, выполненные с использованием трех разных типов звезд, могут стать значительным шагом вперед. Результаты были отправлены в The Astrophysical Journal и доступны на arXiv.
«Основываясь на этих новых данных JWST и используя три независимых метода, мы не находим убедительных доказательств существования Напряжение Хаббла», — говорит астроном Венди Фридман из Чикагского университета. «Наоборот, похоже, что наша стандартная космологическая модель, объясняющая эволюцию Вселенной, работает».
Вот в чем дело. Вселенная расширяется с ускоряющейся скоростью, известной как постоянная Хаббла. Чтобы вычислить эту константу, мы можем использовать различные типы наблюдаемых величин, каждый из которых дает свои собственные меры.
Наблюдаемые из ранней Вселенной включают космический микроволновый фон – это оставшееся микроволновое излучение от первого света, прошедшего через нее. Вселенная – и барионные акустические колебания, которые представляют собой закономерности распространения далеких галактик, соответствующие волнам, которые когда-то пробегали по ранней Вселенной.
Эти два сигнала известны как стандартные линейки, потому что мы знаем, насколько они велики. являются. Они позволяют нам напрямую получать точные измерения расстояний и предполагают, что Вселенная расширяется со скоростью около 67,4 километров в секунду на мегапарсек.
Сигналы из близлежащей Вселенной известны как стандартные свечи. Это объекты известной собственной яркости, такие как переменные звезды цефеиды и сверхновые типа Ia. Поскольку мы знаем, насколько они яркие, мы также можем точно рассчитать расстояние до них. И они предполагают, что постоянная Хаббла составляет около 74 километров в секунду на мегапарсек.
Теперь оба типа измерений имеют полосы погрешностей, которые перекрывают друг друга, так что это несоответствие не является концом космологии, как мы знаем. это. Но было бы действительно неплохо получить более точную цифру для одного коэффициента расширения. Или, если существует несколько скоростей расширения, объяснение того, почему разные части Вселенной расширяются по-разному.
Фридман уже несколько лет работает над измерением постоянной Хаббла, используя методы, отличные от более традиционных стандартных свечей. В частности, она сосредоточила свое внимание на звездах на вершине ветви красных гигантов, или звездах TRGB.
Эти звезды достигают одинакового размера и яркости, что делает их точным инструментом для измерения расстояний до близлежащих галактик. . Используя наблюдения с помощью различных инструментов, таких как «Хаббл» и «Гайя», Фридман и ее коллеги провели несколько измерений TRGB, которые дали постоянную Хаббла примерно от 69 до 70 километров в секунду на мегапарсек.
Войдите в космический телескоп Джеймса Уэбба, который является самым мощным космическим телескопом, когда-либо развернутым. Теперь Фридман и ее команда использовали его для измерения звезд TRGB, а также переменных звезд цефеид и типа богатых углеродом гигантских звезд, которые, по их словам, представляют собой новый тип стандартных свечей, основанный на их стабильной яркости. /p>
Измеряя расстояния до всех трех звезд независимо, исследователи получили множество данных, которые они могли использовать для перекрестной проверки систематических ошибок и получения независимого измерения постоянной Хаббла.
Для Для звезд TRGB исследователи получили значение 69,85 километров в секунду на мегапарсек. Для углеродных звезд они получили 67,96. Переменные цефеид были немного выдающимися, на уровне 72,05, но полосы погрешностей для всех трех перекрываются.
«Получение хорошего согласия между тремя совершенно разными типами звезд для нас является сильным индикатором того, что мы на правильном пути», — говорит Фридман.
Мы еще не выбрались из кризиса. Хотя измерения попадают в пределы погрешностей как стандартных линеек, так и стандартных свечей, мы слишком долго получали разные значения, чтобы проблема могла быть решена так внезапно. Фактически, незадолго до этого года измерения JWST переменных звезд цефеид и сверхновых типа Ia были использованы для подтверждения измерений Хаббла, равных 73 километрам в секунду на мегапарсек.
Итак, нам понадобится гораздо больше измерять, измерять и еще раз измерять. Просто чтобы быть уверенным. Тем не менее, новые цифры предполагают, что переменные между различными наблюдаемыми все еще могут объяснить несоответствие, без необходимости введения каких-либо серьезных новых теорий.
И все же, кто знает? Возможно, в поисках ответа мы даже наткнемся на какую-нибудь новую физику в поисках ответа.
Исследование было отправлено в Астрофизический журнал и доступно на arXiv.
