[Перевод] «Уэбб» и «Хаббл» подтвердили скорость расширения Вселенной
Измерения «Уэбба» проливают новый свет на загадку десятилетней давности.
NGC 5468 — галактика, где обнаружены цефеиды
Скорость расширения Вселенной, известная как постоянная Хаббла, является одним из фундаментальных параметров для понимания эволюции и конечной судьбы космоса. Однако между значением константы, измеренным с помощью широкого спектра независимых индикаторов расстояний, и её значением, предсказанным на основе послесвечения Большого взрыва, наблюдается постоянное расхождение, называемое «хаббловской напряжённостью». Космический телескоп НАСА/ЕКА/ККА «Джеймс Уэбб» подтвердил, что зоркий глаз космического телескопа «Хаббл» был прав всегда, устранив все остававшиеся сомнения относительно измерений «Хаббла».
Одним из научных обоснований создания космического телескопа «Хаббл» было использование его наблюдательных возможностей для получения точного значения скорости расширения Вселенной. До запуска «Хаббла» в 1990 году наблюдения с наземных телескопов давали огромные погрешности. В зависимости от полученных значений скорости расширения возраст Вселенной мог составлять от 10 до 20 миллиардов лет. За последние 34 года «Хаббл» улучшил это измерение, уменьшив погрешность до менее чем одного процента, уточнив возраст до 13,8 миллиарда лет. Этого удалось добиться благодаря уточнению так называемой «лестницы космических расстояний» путём измерения важных промежуточных точек, известных как переменные звёзды цефеиды.
Однако значение «Хаббла» не согласуется с другими измерениями, которые указывают на то, что Вселенная расширялась быстрее после Большого взрыва. Эти наблюдения были сделаны с помощью спутника ЕКА «Планк», составившего карту космического микроволнового фонового излучения — план эволюции структуры Вселенной после её остывания после Большого взрыва.
Простым решением дилеммы было бы сказать, что, возможно, наблюдения «Хаббла» ошибочны, так как в его измерения меток дальнего космоса вкралась какая-то неточность. Затем появился космический телескоп Джеймса Уэбба, который позволил астрономам перепроверить результаты «Хаббла». Полученные «Уэббом» инфракрасные изображения цефеид совпали с данными «Хаббла» по оптическому свету. «Уэбб» подтвердил, что зоркий глаз телескопа «Хаббл» всё время был прав, и развеял все сомнения по поводу измерений «Хаббла».
В итоге так называемая «хаббловская напряжённость» между тем, что происходит в близлежащей Вселенной, и ранним расширением Вселенной остаётся для космологов загадкой. Возможно, в ткань космоса вплетено что-то, чего мы пока не понимаем.
Требует ли разрешение этого расхождения новой физики? Или это результат ошибок измерений двух различных методов, используемых для определения скорости расширения пространства?
Сравнение изображений переменной звезды цефеиды, полученных с помощью
Теперь «Хаббл» и «Уэбб» объединили свои усилия для получения точных измерений, что ещё раз доказывает, что на скорость расширения влияет что-то другое, а не ошибки измерений.
«Если свести на нет ошибки измерений, остаётся реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно понимаем Вселенную», — говорит Адам Рисс, физик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Адам является обладателем Нобелевской премии за совместное открытие того факта, что расширение Вселенной ускоряется благодаря загадочному явлению, которое теперь называют «тёмной энергией».
Первоначальное наблюдение «Уэбба» в 2023 году подтвердило, что измерения «Хаббла» расширяющейся Вселенной были точными. Однако, надеясь снять напряжённость, вызванную «Хабблом», некоторые учёные предположили, что невидимые ошибки в измерениях могут расти и становиться заметными по мере того, как мы будем заглядывать всё глубже во Вселенную. В частности, звёздное скопление может систематически влиять на измерения яркости более удалённых звёзд.
Команда SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy) под руководством Адама получила дополнительные наблюдения с помощью Webb за объектами, которые являются важнейшими космическими маркёрами, известными как переменные звёзды цефеиды, которые теперь можно соотнести с данными Хаббла.
Теперь мы охватили весь диапазон наблюдений «Хаббла» и можем с высокой степенью уверенности исключить ошибку измерения как причину «хаббловской напряжённости », — сказал Адам.
Первые несколько наблюдений «Уэбба» в 2023 году показали, что «Хаббл» находится на правильном пути, и подтвердили достоверность измерения первых ступеней так называемой «лестницы космических расстояний».
Астрономы используют различные методы измерения относительных расстояний во Вселенной в зависимости от наблюдаемого объекта. В совокупности эти методы известны как лестница космических расстояний — каждая ступень или метод измерения опирается на предыдущую ступень для калибровки.
Но некоторые астрономы предположили, что, продвигаясь по «второй ступеньке», лестница космических расстояний может пошатнуться, если измерения, связанные с цефеидами, становятся менее точными с увеличением расстояния до них. Такие неточности могут возникать из-за того, что свет цефеиды может смешиваться со светом соседней звезды — эффект, который может усиливаться с расстоянием, поскольку звёзды теснятся на небе и их всё труднее отличить друг от друга.
Наблюдательная проблема заключается в том, что на прошлых изображениях Хаббла эти более удалённые переменные цефеиды выглядят более сгрудившимися и перекрывающимися с соседними звёздами на всё большем расстоянии между нами и их галактиками-хозяевами, что требует тщательного учёта этого эффекта. Находящаяся между ними и нами космическая пыль ещё больше усложняет достоверность измерений в видимом свете. «Уэбб» просвечивает пыль и естественным образом изолирует цефеиды от соседних звёзд, поскольку в инфракрасном диапазоне длин волн его зрение острее, чем у «Хаббла».
«Сочетание «Уэбба» и «Хаббла» даёт нам всё лучшее от обоих инструментов. Мы обнаружили, что измерения «Хаббла» остаются надёжными по мере того, как мы забираемся всё дальше по лестнице космических расстояний», — говорит Адам.
«Новые наблюдения «Уэбба» включают пять галактик-хозяев восьми сверхновых типа Ia, содержащих в общей сложности 1000 цефеид, и доходят до самой дальней галактики, где цефеиды были хорошо измерены — NGC 5468, находящейся на расстоянии 130 миллионов световых лет от нас. Это охватывает весь диапазон, в котором мы проводили измерения с помощью «Хаббла». Таким образом, мы подошли к концу второй ступеньки лестницы космических расстояний», — говорит соавтор исследования Гагандип Ананд из Научного института космического телескопа в Балтиморе, который управляет телескопами «Уэбб» и «Хаббл» для НАСА.
Вместе с тем подтверждение «Хабблом» и «Уэббом» наличия хаббловской напряжённости даёт возможность другим обсерваториям разрешить эту загадку, в том числе оставляет работу для готовящегося к запуску космического телескопа НАСА «Нэнси Грейс Роман» и недавно запущенной миссии ЕКА «Евклид».
В настоящее время ситуация похожа на то, как если бы лестница расстояний, наблюдаемая «Хабблом» и «Уэббом», прочно закрепилась на своих позициях, а послесвечение Большого взрыва, наблюдаемое «Планком», и существующее почти с самого начала Вселенной, прочно закрепилось на другом берегу. Как менялось расширение Вселенной за миллиарды лет между этими двумя конечными точками, нам ещё предстоит изучить на основании наблюдений. «Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы чего-нибудь, и понять, как связать начало Вселенной и сегодняшний день», — сказал Адам.
Habrahabr.ru прочитано 6094 раза
