«Хаббл»: Вселенная может расширяться быстрее, чем ожидалось

Астрономы, работающие с космическим телескопом Хаббла NASA, открыли, что Вселенная расширяется на 5-9 процентов быстрее, чем считали. «Эта неожиданная находка может быть важным ключом к пониманию всех тех загадочных частей Вселенной, на которые приходится 95% от всего и который не излучают свет — темной энергии, темной материи и темного излучения», говорит ведущий автор исследования и нобелевский лауреат Адам Рисс из Научного института космического телескопа. Результаты будут опубликованы в The Astrophysical Journal.

Группа Рисса сделала открытие, когда уточняла текущую скорость расширения Вселенной с беспрецедентной точностью, снизив неопределенность всего до 2,4%. Уточнения были сделаны благодаря разработке инновационных методов, призванных улучшить точность измерения расстояний до далеких галактик.

Ученые наблюдали за галактиками, содержащими как звезды типа цефеид, так и сверхновые типа Ia. Цефеиды пульсируют с частотой, которая соответствует их истинной яркости, и ее можно сравнить с их видимой яркостью с Земли, чтобы точно определить дистанцию до звезд. Сверхновые типа Ia, другой космический эталон, представляют собой взрывающиеся звезды, которые вспыхивают с одной яркостью и являются достаточно четкими, чтобы их можно было увидеть с относительно далекого расстояния.

Измеряя около 2400 цефеид и 19 галактик и сравнивая наблюдаемую яркость обоих типов звезд, ученые точно определили их истинную яркость и расстояния до примерно 300 сверхновых типа Ia в отдаленных галактиках. Эти расстояния группа сравнивала с расширением космоса, которое измеряется по вытягиванию света от удаляющихся галактик. Две эти величины использовали для подсчета, как быстро Вселенная расширяется со временем, или постоянной Хаббла.

Уточненная постоянная Хаббла составила 73,2 километра в секунду на мегапарсек (км/с/Мпк). Один мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет. Новое значение означает, что расстояние между космическими объектами удвоится в ближайшие 9,8 миллиарда лет.

Новое значение постоянной Хаббла вызвало у ученых удивление, поскольку не соответствует скорости расширения, предсказанной для Вселенной. Измерения послесвечения Большого Взрыва силами зонда WMAP и миссии ЕКА «Планк» показали прогнозы для постоянной Хаббла, которые на 5 и 9 процентов меньше нового значения соответственно.

«Если мы знаем изначальное количество вещества во Вселенной, такого как темная энергия и темная материя, и наша физика верна, то мы можем начать с измерения во времени, которое последовало вскоре после Большого Взрыва, и использовать это понимание для прогноза того, как быстро Вселенная должна расширяться сегодня», говорит Рисс. «Но если будет сохраняться расхождение, то мы что-то не так понимаем, и это что-то меняет величину постоянной Хаббла».

По мнению Рисса, сравнивать скорость расширения силами WMAP, «Планка» и «Хаббла» — это как строить мост. На дальнем берегу находятся наблюдения космического микроволнового фона молодой Вселенной. На ближнем берегу — измерения, сделанные командой Рисса с использованием «Хаббла».

«Вы начинаете на двух концах и рассчитываете встретиться точно по центру, если все ваши чертежи, планы и измерения верны», говорит Рисс. «Но концы не сходятся по центру, и мы хотим знать почему».

Есть несколько возможных объяснений избыточной скорости Вселенной. Возможно, темная энергия, которая ускоряет расширение Вселенной, расталкивает галактики с большей — или растущей — силой. Другой вариант заключается в том, что в ранней истории космоса была новая субатомная частица, которая двигалась почти со скоростью света. Такие скоростные частицы коллективно именуются «темным излучением» и включают ранее известные частицы вроде нейтрино. Дополнительная энергия от темного излучения могла помешать самым точным попыткам предсказать нынешнюю скорость расширения Вселенной по траектории после Большого Взрыва.

Прирост скорости может также означать, что темная материя обладает странными неожиданными характеристиками. Темная материя — это основа Вселенной, на которой галактики выстраивались в крупномасштабные структуры, которые мы наблюдаем сегодня. Наконец, более быстрая Вселенная может указать на неполноту эйнштейновской теории гравитации.

«Мы так мало знаем о темных частях Вселенной, что важно измерить, как они тянули и толкались в космосе на протяжении космической истории», говорит Лукас Макри, один из авторов исследования.