Вселенная ускоряется… или мы все ошибаемся?

Астрофизики всего мира находятся в глубочайшем кризисе. Оказалось, что Вселенная расширяется гораздо быстрее, чем думали ученые. И это ставит под сомнение нынешнее понимание Вселенной.

Напряженность Хаббла

Когда астрономы измеряют скорость расширения Вселенной, они используют так называемую постоянную Хаббла. Эта величина показывает, насколько быстро удаляются друг от друга галактики в разных частях космоса. Постоянная Хаббла крайне важна для науки, ведь именно она помогает понять возраст Вселенной, ее эволюцию и даже природу темной материи и темной энергии.

Однако последние измерения, сделанные космическим телескопом «Джеймс Уэбб», показали, что, извините за каламбур, постоянная, вообще-то, не такая уж и постоянная и меняется в зависимости от способа измерения. Например, одни методы дают одно значение скорости расширения, другие — другое. Эти расхождения называются напряженностью Хаббла, и она указывает на то, что наши текущие теории могут быть неполными или вообще неверными.

Свои выводы исследователи опубликовали 15 января 2025 года в научном журнале The Astrophysical Journal Letters.

«Напряженность переходит в кризис. Свежие данные говорят, что наша модель космологии может быть ошибочной, — Дэн Сколник, профессор физики, руководитель исследования, университет Дьюка (США, Северная Каролина).

Необъяснимые расхождения

Есть два ключевых способа определить постоянную Хаббла. Первый метод заключается в измерении крошечных колебаний в космическом микроволновом фоне (CMB). Если прибегать к аналогиям, то это древний снимок самого первого света Вселенной. Он содержится в микроволновом шуме, который возник всего через 380 000 лет после Большого взрыва.

Другой метод не такой глобальный, действует на более близких расстояниях и не заглядывает так далеко в прошлое. Он основан на наблюдении за цефеидами, переменными звездами типа Цефея. Эти светила находятся на последнем этапе своей жизни, а их оболочки из гелия раздуваются и сжимаются, подобно гигантским лампочкам, испуская свет и создавая эффект мерцания.

Чем ярче становится звезда, тем медленнее она пульсирует, позволяя астрономам определять ее истинный блеск. Сопоставив реальную яркость этих звезд с той, которую мы видим с Земли, и используя взрывы сверхновых типа Ia (которые происходят одинаково ярко повсюду) в качестве ориентира, астрономы выстраивают своего рода «лестницу расстояний» до самых дальних уголков Вселенной, погружаясь все дальше в ее историю.

Если не сравнивать значения, получаемые при помощи разных методов, то проблем как бы и нет. Но при сравнении у астрономов начинаются приступы головной боли.

Спутник «Планк» Европейского космического агентства использовал данные о реликтовом излучении, чтобы вычислить постоянную Хаббла. Реликтовое излучение позволяет нам заглянуть в раннюю историю Вселенной, и результаты этих наблюдений дали значение около 67 км/с/Мпк. Это значение хорошо соответствует стандартной космологической модели, которая описывает эволюцию Вселенной после Большого взрыва.

Но вот цефеиды все испортили. Они дали другое значение постоянной Хаббла — около 73 км/с/Мпк. Разница между этими двумя значениями выходит за пределы допустимой погрешности, что указывает на наличие какого-то несоответствия.

40 лет пользовались неверной теорией

Чтобы разобраться в случившемся, команда американских астрономов применила так называемую лестницу расстояний. Это метод калибровки космических расстояний, где каждая «ступень» опирается на предыдущую. Например: цефеиды (пульсирующие звезды) → близкие галактики → скопления вроде Кома → далекие сверхновые.

Основу исследования составили данные, полученные с помощью спектроскопа Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Этот инструмент отслеживает позиции миллионов галактик каждый месяц, позволяя ученым реконструировать картину расширения Вселенной на протяжении миллиардов лет.

И снова результаты исследования оказались совсем неутешительными для стандартной космологической модели. Согласно данным DESI, постоянная Хаббла составила 76,05 км/с/Мпк, что значительно превышает значения, полученные ранее спутником «Планк».

Более того, эта разница выходит далеко за рамки возможных ошибок измерений. К тому же ученые засомневались, можно ли считать расстояние до скопления Комы объективным. Ошибки в любой ступени искажают все последующие расчеты, и в конечном итоге получается неправильное значение постоянной Хаббла.

Поэтому Сколник с коллегами решили подстраховаться. Ученые сосредоточились на изучении 12 сверхновых типа Ia, расположенных в разных частях скопления Кома. Их анализ показал, что это скопление находится приблизительно в 320 млн световых лет от нашей планеты. Важно отметить, что данное значение укладывается в диапазон погрешностей, установленных предыдущими исследованиями, проводившимися на протяжении последних 50 лет.

В итоге исследование сверхновых дало примерно такие же значения, что были ранее получены от Desi — 76,5 км/с/Мпк. Это означает: теория, которой наука пользовалась последние 40 лет, оказалась неверной.

Сам Сколник только рад этому: «Наши представления о Вселенной в корне изменятся, и это здорово! В космологии есть еще огромное количество сюрпризов, и кто знает, какие открытия нас ждут в ближайшем будущем?»

Источник: Вслух