Начиная с того мгновения, когда произошел Большой взрыв, космос беспрерывно расширяется. Но насколько быстро? Ответ на этот вопрос может показать, что все наши прежние представления о физике были ошибочными.
Вселенная большая. Считается, что самые отдаленные из видимых её областей находятся на расстоянии 46 млрд световых лет. В диаметре это 870 секстиллионов, или 870 000000000000000000 км. Это наиболее вероятное предположение, на самом же деле никто не знает, насколько Вселенная большая.
Мы можем видеть Вселенную лишь до тех областей, куда дошел свет (или, если точнее, микроволновое излучение от Большого взрыва) со времен её зарождения. Это произошло около 13,8 млрд лет назад. Но в силу того, что мы не знаем точный возраст Вселенной, очень сложно точно определить, насколько далеко она может расшириться за пределы той области, которую мы не видим.
Постоянная Хаббла
Установить, насколько быстро Вселенная расширяется, ученые пытаются с помощью постоянной Хаббла. «Это коэффициент того, насколько быстро расширяется Вселенная, — объясняет Уэнди Фридман, астрофизик из Чикагского университета. — Постоянная Хаббла устанавливает масштабы Вселенной, ее размеры и возраст».
Наша галактика, Млечный Путь
Таким образом, Вселенная представляется неким разрывающимся шаром. По мере того, как звезды и галактики, словно точки на поверхности шара, отдаляются друг от друга все быстрее, увеличивается и расстояние между ними. Чем дальше другие галактики находятся от нас, тем быстрее они отдаляются.
Но, к сожалению, чем больше астрономы измеряют это число, тем больше последующие исследования опровергают прогнозы, построенные на нашем понимании Вселенной. Один из способов измерения постоянной Хаббла дает определенные данные. Альтернативные же подсчеты, основанные на нашем понимании других параметров Вселенной, говорят о другом. Получается, что либо подсчеты неверны, либо же мы как-то не так представляем устройство Вселенной.
Но сейчас ученые считают, что они близки к разгадке, во многом благодаря новым экспериментам и наблюдениям, призванным установить, чем на самом деле является постоянная Хаббла.
«Перед космологами инженерный вызов: как измерить это число с максимальной точностью?» — поясняет Рейчел Битон, астроном из Принстонского университета. По ее словам, для этого нужны не только данные, но и перепроверка измерений, сделанных разными способами. С точки зрения ученых, эта задача сродни пазлу, нежели загадке в стиле Агаты Кристи.
Первые измерения в 1929 году сделал астроном, чье имя эта постоянная носит. Спустя 100 лет после того, как Эдвин Хаббл сделал первые подсчеты, это значение несколько раз менялось в сторону уменьшения. Сегодня постоянную определяют в пределах 67–74 (км/с)/Мпк.
Отчасти проблема в том, что постоянная Хаббла может отличаться в зависимости от того, как ее измеряют.
Есть два основных способа:
— один определяет, насколько быстро ближайшие галактики отдаляются от нас;
— для второго используется реликтовое излучение (космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение) — первое излучение, появившееся после Большого взрыва.
Мы все еще можем видеть это излучение сегодня, но в силу того, что далекие области Вселенной отдаляются, мы видим излучение как радиоволны, которые были обнаружены случайно в 1960-х годах. По ним можно составить поверхностное представление о том, как выглядела Вселенная.
Реликтовое излучение и звезды Цефеиды
Но есть проблема. Когда астрономы пытаются определить значение постоянной Хаббла по тому, как ближайшие галактики отдаляются от нас, результаты получаются разными. По словам Уэнди Фридмана, если стандартная модель верна, тогда два значения постоянной (то, что мы наблюдаем сегодня, и значение, полученное во время ранних наблюдений) должны совпадать. Но это не так.
Когда спутник Planck Европейского космического агентства (ESA) измерил расхождения в реликтовом излучении сначала в 2014-м, а затем в 2018 году, получилось, что постоянная Хаббла равна 67,4 (км/с)/Мпк. Это примерно на 9% меньше тех данных, которые астрономы получили при измерении ближайших галактик.
Крошечные возмущения в ранней Вселенной можно увидеть в колебаниях самого старого источника света во Вселенной — космического микроволнового фона
Дальнейшие измерения реликтового излучения, которые проводились с помощью Атакамского космологического телескопа, подтвердили значение, полученное с помощью телескопа Планка.
Уэнди Фридман вместе с коллегами опирается в своих подсчетах на информацию о пульсирующих переменных звездах Цефеидах, который были открыты 100 лет назад астрономом Генриеттой Левит. Определяя, насколько яркими звезды кажутся нам с Земли, и используя затемнение света как функцию расстояния, исследователи нашли точный способ установить расстояние до звезд.
Если Вселенная расширяется быстрее, чем это считается, она может быть моложе 13,8 млрд лет
В 2019 году еще одна команда астрономов с помощью космического телескопа Хаббл определила значение постоянной как 74 (км/с)/Мпк, здесь также использовались данные о Цефеидах. В дальнейшем с помощью альтернативного способа, включающего такой фактор, как свет, который исходит от квазаров, значение постоянной было определено как 73 (км/с)/Мпк.
Если эти подсчеты верны, тогда Вселенная может расширяться намного быстрее, чем предполагает Стандартная космологическая модель. Это бы означало, что использующуюся модель нужно пересмотреть, а вместе с ней — и все наши лучшие описания фундаментальной природы Вселенной. Пока результаты не ясны, но если они подтвердятся, последствия могут быть весьма значительными.
«Это может означать, что стандартной модели чего-то недостает. Пока еще мы не знаем причину, почему это происходит», — объясняет Фридман.
Если в Стандартной модели есть просчет, тогда все наши представления о Вселенной — о темной материи, темной энергии и излучении — не вполне верны. И если Вселенная действительно расширяется быстрее, чем это считалось прежде, она может быть намного моложе 13,8 млрд лет — возраста, который ей приписывают сейчас.
Альтернативное объяснение расхождений в подсчетах постоянной Хаббла состоит в том, что та часть Вселенной, где находится Земля, как-то отличается от остальной Вселенной, и это отличие влияет на подсчеты. «Это далеко не точная аналогия, но можно представить, как скорость автомобиля меняется, когда вы едите с горы или под гору, даже если давите на газ с одинаковой силой», — объясняет Рейчел Битон.
Астрономы считают, что сейчас они близки к разгадке того, чем на самом деле является постоянная Хаббла. «В течение ближайших 2-3 лет мы решим эту задачу. Сейчас появляется множество открытий и возможностей, которых не было прежде. Думаю, скоро мы доберемся до сути», — резюмирует Уэнди Фридман.
При подготовке статьи использовались материалы иностранных СМИ
