Одна из самых больших загадок астрономии: найдено потенциальное решение проблемы Хаббла

Астрономы пришли к выводу, что существующая модель постоянной Хаббла неверна. Хотя на это уже были намеки, когда возникала проблема Хаббла. Результаты нового исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, могут помочь решить эту загадку, пишет Phys.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Космологическая постоянная

Для начала нужно поговорить о постоянной Хаббла и метрике Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера (FLRW) перед тем, как переходить к проблеме Хаббла.

В 1929 году, благодаря работам Генриетты Ливитт и других ученых, Эдвин Хаббл смог показать, что за пределами Местной группы галактик чем дальше находится галактика, тем больше ее красное смещение. Это значит, что свет галактики смещается в красную часть электромагнитного спектра.

Хаббл выяснил, что связь между расстоянием до галактик и красным смещением линейна, что привело его тому, что существует космологическая постоянная, ныне известная как постоянная Хаббла.

В 1917 году Алберт Эйнштейн добавил космологическую постоянную в общую теорию относительности, чтобы уравновесить гравитацию галактик. Как и большинство астрономов того времени, Эйнштейн предполагал, что Вселенная является статичной и не расширяется. Без этой постоянной статичное состояние космоса было бы невозможным.

Но после того, как Хаббл выяснил, что Вселенная расширяется, Эйнштейн отказался от этой идеи. В то же время Александр Фридман и Жорж Леметр независимо друг от друга обнаружили, что решения уравнений Эйнштейна с космологической постоянной могут описывать расширяющуюся Вселенную.

В 1935 году Говард Робертсон и Артур Уокер доказали, что метрика FLRW является единственным решением общей теории относительности, которое описывает равномерно расширяющуюся Вселенную. Эта метрика используется в Стандартной космологической модели, описывающей эволюцию космоса с момента Большого взрыва. Поскольку метрика FLRW использует букву Λ (лямбда) в качестве символа космологической постоянной, космологическая модель называется моделью Лямбда CDM (где остальные три буквы означают холодную темную материю).

Постоянная Хаббла и космологическая постоянная Λ связаны, но не совсем одинаковы. Скорость расширения Вселенной зависит от нескольких факторов:

• космологической постоянной (темной энергии);
• количества темной материи в космосе;
• количества обычной материи в космосе;
• распределения материи в космосе.

Проще говоря, материя стремится стянуть все воедино с помощью гравитации, в то время как темная энергия стремится все раздвинуть, и баланс между ними дает скорость расширения космоса, или постоянную Хаббла.

Поскольку ранняя Вселенная была плотнее современной, можно было бы ожидать, что скорость расширения космоса со временем немного увеличится. В 1998 году астрономы обнаружили, что космос расширяется с ускорением и это доказало существование темной энергии и космологической постоянной. Поэтому постоянную Хаббла сейчас часто называют параметром Хаббла.

Потенциальное решение проблемы Хаббла

Десятилетиями наблюдательные данные подтверждали модель Лямбда CDM. Но примерно за последние 10 лет астрономы обнаружили проблему.

Существует несколько способов определения параметра Хаббла, но три из них являются самыми главными:

• измерения с помощью наблюдений за далекими сверхновыми;
• измерения с помощью реликтового излучения (послесвечение Большого взрыва);
• измерения закономерности в скоплениях галактик, известной как барионные акустические колебания.

Наблюдения за сверхновыми дают скорость расширения Вселенной на уровне 71–75 километров в секунду на мегапарсек. Реликтовое излучение дает 67–68 километров в секунду на мегапарсек. Измерение барионных акустических колебаний — 66–69 километров в секунду на мегапарсек. В этом и состоит проблема Хаббла, ведь эти результаты должны совпадать.

Можно подумать, что это означает, что измерения с помощью сверхновых неверны, но все не так однозначно. Авторы исследования говорят, что если учитывать возраст галактик, где находятся сверхновые, то показатель скорости расширения космоса, основанный на измерении сверхновых, смещается намного ближе к двум другим показателям.

Ученые провели предварительную проверку своих результатов, используя галактики примерно одного возраста, независимо от их красного смещения, и показатель параметра Хаббла оказался другим.

Авторы исследования говорят, что учет возраста галактик в данных о сверхновых, решает большую часть противоречий, связанных с проблемой Хаббла.

Как уже писал Фокус, повреждена 70-метровая антенна NASA, которая приняла первый сигнал с Марса и "попрощалась" с "Вояджер-1".