Астрономы с помощью космического телескопа Hubble обнаружили, что Вселенная расширяется на 5% или на 9% быстрее, чем ожидалось. Результаты появятся в следующем выпуске The Astrophysical Journal.
«Это удивительное открытие может быть важным ключом к пониманию загадочных компонентов Вселенной, которые составляют 95% от всего и не испускают свет, такие как темная энергия, темная материя и темная радиация», – сказал руководитель исследования и лауреат Нобелевской премии Адам Рисс из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд.
Команда Рисса совершила открытие путем уточнения текущей скорости расширения Вселенной с беспрецедентной точностью, понизив неопределенность до 2,4%. Уточнения были сделаны с помощью разработки инновационных методов, призванных улучшить точность измерения расстояний до далеких галактик.
Изображение демонстрирует три шага астрономов, позволивших определить расширение Вселенной с беспрецедентной точностью. Credits: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)
Ученые изучили галактики, содержащие одновременно цефеиды и сверхновые типа Ia. Измерив расстояние до 2400 цефеид в 19 галактиках и сравнив наблюдаемую яркость обоих типов звезд, астрономы точно измерили их истинную яркость и вычислили расстояние до примерно 300 сверхновых типа Ia в отдаленных галактиках. Затем они сравнили эти расстояния с расширением пространства, определив смещение света от удаляющихся галактик. В итоге команда использовала эти два значения, чтобы вычислить, насколько быстро Вселенная расширяется со временем, или определить постоянную Хаббла.
Уточненная постоянная Хаббла составила 73,2 километра в секунду на мегапарсек (мегапарсек равен 3,26 миллионам световых лет). Новый расчет означает, что расстояние между космическими объектами увеличится в 2 раза за ближайшие 9,8 миллиардов лет. Уточненная калибровка представляет загадку, поскольку не совсем соответствует скорости расширения Вселенной после Большого взрыва. Измерения послесвечения от Большого взрыва с помощью спутника WMAP NASA и спутника Planck Европейского космического агентства прогнозировали скорость на 5% и на 9%, соответственно, меньше рассчитанной.
«Если мы знаем начальное количество вещества во Вселенной, такого как темная энергия и темная материя, и мы правильно понимаем физику, то мы можем использовать это понимание, чтобы предсказать, как быстро Вселенная должна расширяться сегодня. Однако, если это несоответствие подтвердится, окажется, что мы имели неправильное представление, и это изменит нынешнюю величину постоянной Хаббла», – сказал Рисс.
Сравнение скоростей расширения Вселенной, полученных с WMAP, Planck и Hubble, напоминает строительство моста. На дальнем берегу находятся наблюдения реликтового фона ранней Вселенной. На соседнем берегу находятся измерения, выполненные командой Рисса с помощью телескопа Hubble. «Если вы начинаете с двух концов, то ожидаете, что встретитесь посередине, если все ваши чертежи и измерения рассчитаны верно. Но в нашем случае концы не сошлись в середине, и мы хотим знать почему», – объяснил Адам Рисс.
Есть несколько возможных объяснений чрезмерной скорости расширения Вселенной. Одним из возможных вариантов является то, что темная энергия расталкивает галактики друг от друга. Другая идея состоит в том, что космос содержал в ранней истории субатомные частицы, которые перемещались на скорости, близкой к скорости света. Такие быстрые частицы называют «темной радиацией», включающей в себя ранее известные частицы, нейтрино. Импульс в ускорении может также означать, что темная материя обладает какими-то странными, неожиданными характеристиками. И, наконец, ускоренное расширение Вселенной может рассказать астрономам, что теория гравитации Эйнштейна является неполной.
«Мы так мало знаем о темных частях Вселенной. Важно оценить, как они расталкивают и вытягивают пространство в течение всей космической истории», – подвел итог Лукас Макри, соавтор исследования.
