Уэбб продолжает подтверждать, что Вселенная ведет себя странно

Фото из открытых источников
Более столетия назад астрономы Эдвин Хаббл и Жорж Леметр независимо друг от друга обнаружили, что Вселенная расширяется. С тех пор ученые пытались измерить скорость расширения (известную как постоянная Хаббла-Леметра), чтобы определить происхождение, возраст и окончательную судьбу Вселенной. Это оказалось очень сложным, поскольку наземные телескопы дали огромные погрешности, что привело к оценкам возраста от 10 до 20 миллиардов лет! Это несоответствие между этими измерениями, полученными с помощью разных методов, привело к так называемому натяжению Хаббла.
 
Была надежда, что космический телескоп Хаббл с (запущенный в 1990 году) разрешит это противоречие, предоставив самые глубокие на сегодняшний день виды Вселенной. После 34 лет непрерывной работы «Хабблу» удалось снизить уровень неопределенности, но не устранить ее. Это побудило некоторых представителей научного сообщества предположить (как решение «бритвы Оккама»), что измерения Хаббла были неверными. Но согласно последним данным космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST), преемника Хаббла, измерения почтенного космического телескопа были верными с самого начала. Новое исследование было опубликованыов The Astrophysical Journal Letters.
 
Напряженность Хаббла возникает из-за того, что разные измерения расстояний (также известные как «лестница космических расстояний») приводят к разным значениям. Для калибровки коротких расстояний или первой «ступеньки» лестницы астрономы полагаются на измерения параллакса близлежащих звезд. На следующей «ступени» они полагаются на переменные цефеид и сверхновые типа Ia для измерения расстояний до объектов, находящихся на расстоянии десятков миллионов световых лет. Измерения расстояний до этих звезд Хабблом дали значение 252 000 км/ч на мегапарсек (Мпк).
 
Последний этап состоит в использовании измерений красного смещения космического микроволнового фона (CMB) для калибровки расстояний в миллиарды световых лет. Картирование этого фона спутником ЕКА «Планк» дало оценку около 244 000 км/ч на Мпк (или около 269 км/с на световой год). Самым простым объяснением несоответствия было то, что измерения Хаббла были неточными, возможно, из-за неточностей в Лестнице космических расстояний. С момента своего запуска в декабре 2021 года JWST проводил собственные измерения переменных цефеид с помощью своей современной инфракрасной оптики.
 
Это позволило астрономам перепроверить измерения оптического света, сделанные Хабблом. В их число входят Рисс, заслуженный профессор Bloomberg и профессор физики и астрономии Томаса Дж. Барбера в Университете Джона Хопкинса. В 2011 году Рисс был удостоен Нобелевской премии по физике и медали Альберта Эйнштейна за совместное открытие ускоряющейся скорости космического расширения, которое привело к теории «тёмной энергии». Первый взгляд команды на наблюдения Уэбба в 2023 году подтвердил, что измерения Хаббла расширяющейся Вселенной были точными.
 
Их последний анализ был основан на наблюдениях Уэбба над более чем 1000 цефеидами, используемыми в качестве «якорей» в лестнице расстояний, восемью сверхновыми типа Ia и NGC 5468 — самой дальней галактикой, где цефеиды были хорошо измерены, находящейся на расстоянии примерно 130 миллионов световых лет.
 
Как заявил Рисс, эти результаты устранили любые сомнения относительно ошибок измерений: «Если ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную. Теперь мы охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и можем с очень высокой уверенностью исключить ошибку измерения как причину Хаббловского напряжения».
 
В частности, эти результаты устранили любые сохраняющиеся сомнения в том, что погрешности измерений могут увеличиваться с расстоянием. Эти неточности могли возникнуть из-за «звездного скопления», когда свет цефеид смешивался со светом соседних звезд. Для многих астрономов перспектива заглянуть глубже во Вселенную означала, что эти ошибки станут видимыми. Учет этого эффекта становится еще более трудным из-за наличия пыли в межзвездной и межгалактической среде (ISM, IGM), которая естественным образом затеняет видимый свет.
 
Благодаря возможностям Уэбба получать четкие изображения в инфракрасном диапазоне, астрономы теперь могут видеть сквозь заслоняющую пыль и более четко рассмотреть далекие цефеиды. В сочетании с наблюдениями «Хаббла» команда SH0E определила, что наблюдения «Хаббла» верны. В результате, по словам Рисса, у ученых осталось только одно объяснение Хаббловского напряжения: существует невидимая сила, ответственная за расширение космоса: «Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаруживаем, что измерения Хаббла остаются достоверными по мере того, как мы поднимаемся дальше по лестнице космических расстояний. Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы чего-то в том, как связать начало Вселенной и современность».
 
Телескопы следующего поколения будут исследовать эту загадочную невидимую силу в ближайшие годы, измеряя ее влияние на космическое расширение. Сюда входит предстоящий римский космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс» и миссия ЕКА «Евклид» (запущенная 1 июля 2023 года). В сочетании с дополнительными данными, полученными Уэббом, эти наблюдения позволят астрономам проверить «раннюю темную энергию» и другие теории, которые пытаются объяснить наблюдения Хаббла и Уэбба. Тем временем так называемый «кризис космологии» будет сохраняться, но, возможно, ненадолго.