Одна з найбільших загадок астрономії: знайдено потенційне рішення проблеми Габбла

Астрономи дійшли висновку, що наявна модель сталої Габбла неправильна. Хоча на це вже були натяки, коли виникала проблема Габбла. Результати нового дослідження, опублікованого в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, можуть допомогти вирішити цю загадку, пише Phys.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Космологічна постійна

Для початку потрібно поговорити про постійну Габбла і метрику Фрідмана-Леметра-Робертсона-Уокера (FLRW) перед тим, як переходити до проблеми Габбла.

У 1929 році, завдяки роботам Генрієтти Лівітт та інших учених, Едвін Габбл зміг показати, що за межами Місцевої групи галактик що далі розташована галактика, то більшим є її червоне зміщення. Це означає, що світло галактики зміщується в червону частину електромагнітного спектра.

Габбл з'ясував, що зв'язок між відстанню до галактик і червоним зсувом лінійний, що призвело до того, що існує космологічна постійна, нині відома як постійна Габбла.

У 1917 році Алберт Ейнштейн додав космологічну сталу в загальну теорію відносності, щоб урівноважити гравітацію галактик. Як і більшість астрономів того часу, Ейнштейн припускав, що Всесвіт є статичним і не розширюється. Без цієї постійної статичний стан космосу був би неможливим.

Але після того, як Габбл з'ясував, що Всесвіт розширюється, Ейнштейн відмовився від цієї ідеї. Водночас Олександр Фрідман і Жорж Леметр незалежно один від одного виявили, що розв'язки рівнянь Ейнштейна з космологічною постійною можуть описувати Всесвіт, що розширюється.

У 1935 році Говард Робертсон і Артур Вокер довели, що метрика FLRW є єдиним рішенням загальної теорії відносності, яке описує Всесвіт, що рівномірно розширюється. Ця метрика використовується в Стандартній космологічній моделі, що описує еволюцію космосу з моменту Великого вибуху. Оскільки метрика FLRW використовує літеру Λ (лямбда) як символ космологічної постійної, космологічна модель називається моделлю Лямбда CDM (де решта три літери означають холодну темну матерію).

Постійна Габбла і космологічна постійна Λ пов'язані, але не зовсім однакові. Швидкість розширення Всесвіту залежить від кількох чинників:

• космологічної постійної (темної енергії);
• кількості темної матерії в космосі;
• кількості звичайної матерії в космосі;
• розподілу матерії в космосі.

Простіше кажучи, матерія прагне стягнути все докупи за допомогою гравітації, тоді як темна енергія прагне все розсунути, і баланс між ними дає швидкість розширення космосу, або сталу Габбла.

Оскільки ранній Всесвіт був щільнішим за сучасний, можна було б очікувати, що швидкість розширення космосу з часом трохи збільшиться. У 1998 році астрономи виявили, що космос розширюється з прискоренням і це довело існування темної енергії та космологічної сталої. Тому постійну Габбла зараз часто називають параметром Габбла.

Потенційне вирішення проблеми Габбла

Десятиліттями спостережні дані підтверджували модель Лямбда CDM. Але приблизно за останні 10 років астрономи виявили проблему.

Існує кілька способів визначення параметра Габбла, але три з них є найголовнішими:

• вимірювання за допомогою спостережень за далекими надновими;
• вимірювання за допомогою реліктового випромінювання (післясвітіння Великого вибуху);
• вимірювання закономірності в скупченнях галактик, відомої як баріонні акустичні коливання.

Спостереження за надновими дають швидкість розширення Всесвіту на рівні 71-75 кілометрів на секунду на мегапарсек. Реліктове випромінювання дає 67-68 кілометрів на секунду на мегапарсек. Вимірювання баріонних акустичних коливань — 66-69 кілометрів на секунду на мегапарсек. У цьому і полягає проблема Габбла, адже ці результати мають збігатися.

Можна подумати, що це означає, що вимірювання за допомогою наднових невірні, але все не так однозначно. Автори дослідження кажуть, що якщо враховувати вік галактик, де знаходяться наднові, то показник швидкості розширення космосу, що ґрунтується на вимірюванні наднових, зміщується набагато ближче до двох інших показників.

Вчені провели попередню перевірку своїх результатів, використовуючи галактики приблизно одного віку, незалежно від їхнього червоного зміщення, і показник параметра Габбла виявився іншим.

Автори дослідження кажуть, що врахування віку галактик у даних про наднові вирішує більшу частину протиріч, пов'язаних із проблемою Габбла.

Як уже писав Фокус, пошкоджено 70-метрову антену NASA, яка прийняла перший сигнал з Марса і "попрощалася" з "Вояджером-1".