Новое измерение может разрешить космологический кризис

Новые данные предполагают, что фундаментальное расхождение в измерениях скорости расширения Вселенной можно объяснить без всякого объяснения.

В новой статье один из основных участников этой дилеммы рассматривает имеющуюся информацию и приходит к выводу, что лучшие наблюдения могут указывать на триумф нашей стандартной картины того, как Вселенная росла с течением времени.

Ученые знают, что Вселенная расширяется, но вот уже десять лет не соглашаются с тем, насколько быстро происходит этот процесс. Данные, которые используют космический микроволновый фон (CMB), свет, оставшийся вскоре после Большого взрыва, предполагают, что значение постоянной Хаббла, которая измеряет это расширение, должно составлять около 67,4 километра в секунду на мегапарсек в единицах космологов. (Мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет.)

Тем не менее, телескопы, нацеленные на звезды в ближайшей Вселенной, вместо этого пришли к измерению постоянной Хаббла 73,4 км / с / Мпк. Эти два числа не так уж и различны, но каждое из них достаточно точное, и их нельзя согласовать друг с другом.

Напряжение между этими двумя числами было постоянной головной болью для исследователей, и некоторые ссылались на идею о том, что это несоответствие требует от них опровержения их любимой модели Вселенной, которая объясняет, как гигантские космические структуры, такие как скопления галактик, возникли и эволюционировали с самого начала время. Возможно, задавались вопросом исследователи, новую физику, выходящую за рамки того, что мы знаем сейчас, можно было бы использовать для преодоления разрыва.

"Я думаю, это действительно интересный вопрос: «Есть ли новая физика помимо стандартной космологической модели?", - сказала Венди Фридман, космолог из Чикагского университета.

Фридман провела большую часть своей карьеры, наблюдая за так называемыми переменными звездами-цефеидами. Эти звезды, которые пульсируют регулярно, имеют взаимосвязь между периодом колебаний их света и их собственной яркостью, что означает, насколько яркими они были бы, если бы мы стояли рядом с ними. Зная эту внутреннюю яркость и светимость цефеиды, видимой с Земли, астрономы могут вычислить ее расстояние от нас, а затем измерить скорость, с которой Вселенная расширяется в этой точке пространства.

Данные цефеид являются одним из стержней более высокого значения постоянной Хаббла, но Фридман и ее сотрудники всегда задавались вопросом, возможно, они допускали систематические ошибки в своих наблюдениях. Они долго искали независимые методы подтверждения или оспаривания своих результатов.

Несколько лет назад она и ее коллеги нашли один метод в свете гигантских красных звезд. Эти объекты, которые представляют собой более позднюю стадию жизни звезд с массой, подобной нашему Солнцу, достигают определенной пиковой яркости в определенный момент своей эволюции. Как и в случае с цефеидами, астрономы могут посмотреть, насколько тусклыми они кажутся с Земли, чтобы точно оценить расстояние до них.

В 2019 году Фридман и ее команда предоставили число для постоянной Хаббла, которое находилось как раз между двумя другими измерениями: 69,8 км / с / Мпк. Этот результат был откалиброван с использованием гигантских красных звезд в Большом Магеллановом Облаке, карликовой галактике, вращающейся вокруг Млечного Пути, расстояние до которой относительно хорошо определено.

С тех пор исследователи добавили больше точек данных, откалибровав расстояние до гигантских красных звезд в трех других галактиках и регионах космоса, что повысило точность их измерений постоянной Хаббла. Эти результаты, в которых была обнаружена, по сути, такая же промежуточная оценка, появились в статье, опубликованной в базе данных препринтов arXiv 29 июня и принятой для публикации в Astrophysical Journal.

"Он приземляется в том же месте, всего около 70 [км / с / Мпк] с погрешностью чуть более 2%", - сказал Фридман о новой оценке постоянной Хаббла по красным гигантам. «Если мы сравним эти результаты с CMB, мы не скажем, что есть проблема».

Эти последние измерения красного гиганта указывают на возможность систематических ошибок в наблюдениях за цефеидами, сказал Фридман. Она добавила, что скрытая пыль и фоновый свет от Вселенной являются некоторыми возможными виновниками, хотя на самом деле потребуется время, чтобы понять, так ли это.

"Я действительно впечатлен работой и деталями", - сказал Live Science Саймон Биррер, космолог из Стэнфордского университета в Калифорнии, который не участвовал в исследовании. В документе действительно подчеркиваются конкретные преимущества наблюдений за красными гигантами, добавил он.

Но Биррер, который был частью команды, которая изучила, как массивные галактики искажают свет, чтобы обеспечить еще одно независимое измерение постоянной Хаббла, не думает, что сага еще совсем закончилась. "Это начало конца напряженности? Мы все еще над этим работаем", - сказал он.

К настоящему времени астрономы предоставили множество различных оценок расширения Вселенной, некоторые из которых согласны, а некоторые нет. По словам Биррера, каждая команда стремится к максимальной точности, которую они могут предоставить, и до сих пор неясно, какой из них может содержать окончательный ответ.

Фридман согласился, сказав, что ей и ее коллегам недавно было разрешено использовать будущий космический телескоп Джеймса Уэбба для наблюдения за цефеидами и красными гигантами. Эти наблюдения должны помочь прояснить некоторые из оставшихся систематических неопределенностей и, надеюсь, приблизиться к истинному значению постоянной Хаббла.