Что-то не совсем правильно во вселенной. По крайней мере, на основании всего, что физики знают до сих пор. Звезды, галактики, черные дыры и все другие небесные объекты со временем все быстрее отдаляются друг от друга. Прошлые измерения в нашей локальной окрестности вселенной показывают, что вселенная взрывается наружу быстрее, чем это было в начале. Это не должно иметь место, основываясь на лучшем дескрипторе ученых вселенной.
Если их измерения величины, известной как постоянная Хаббла, верны, это означает, что в текущей модели отсутствует важная новая физика, такая как неучтенные фундаментальные частицы, или что-то странное, происходящее с таинственным веществом, известным как темная энергия.
Теперь, в новом исследовании, опубликованном 22 января в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», ученые измерили постоянную Хаббла совершенно по-новому, подтвердив, что действительно, вселенная расширяется быстрее, чем в ее Первые дни.
"Что-то интересное происходит"
Чтобы объяснить, как Вселенная перешла от крошечного, горячего, плотного клочка жидкой плазмы к огромному пространству, которое мы видим сегодня, ученые предложили так называемую модель Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Модель накладывает ограничения на свойства темной материи, разновидности материи, которая создает гравитационное притяжение, но не излучает свет и темную энергию, которая, кажется, противостоит гравитации. LCDM может успешно воспроизводить структуру галактик и космический микроволновый фон - первый свет во Вселенной, а также количество водорода и гелия во вселенной. Но это не может объяснить, почему Вселенная расширяется быстрее, чем раньше.
Это означает, что либо модель LCDM неверна, либо измерения скорости расширения.
Новый метод направлен на то, чтобы окончательно разрешить спор о скорости расширения, сообщил Live Science Саймон Биррер, исследователь из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и ведущий автор нового исследования. Пока что новые независимые измерения подтверждают несоответствие, предполагая, что может потребоваться новая физика.
Чтобы закрепить константу Хаббла, ученые ранее использовали несколько различных методов. Некоторые использовали сверхновые звезды в локальной вселенной (соседней части вселенной), а другие полагались на цефеиды, или типы звезд, которые пульсируют и регулярно мерцают в яркости. Третьи изучали космическое фоновое излучение.
Новое исследование использовало технику, которая использует свет от квазаров - чрезвычайно ярких галактик, питаемых массивными черными дырами, - чтобы разорвать связь.
«Независимо от того, насколько тщателен эксперимент, всегда может быть какой-то эффект, который встроен в те инструменты, которые они используют для выполнения этого измерения. Поэтому, когда группа приходит таким образом и использует совершенно другой набор инструментов… и получает тот же ответ, то вы можете довольно быстро сделать вывод, что этот ответ не является результатом какого-то серьезного влияния на методы », - сказал Адам Рисс, лауреат Нобелевской премии и исследователь в Научном институте космического телескопа и в Университете Джона Хопкинса. «Я думаю, что наша уверенность растет, что происходит что-то действительно интересное», - сказал Рисс, который не принимал участия в исследовании.
Видя двойной
Вот как работала эта техника: когда свет от квазара проходит мимо галактики, гравитация от галактики заставляет этот свет «гравитационно изгибаться» перед попаданием на Землю. Галактика действовала как линза, чтобы искажать свет квазара на несколько копий - чаще всего два или четыре в зависимости от расположения квазаров относительно галактики. Каждая из этих копий проходила несколько иной путь вокруг галактики.
Квазары обычно не светят постоянно, как многие звезды. Из-за материала, попадающего в их центральные черные дыры, они изменяют яркость в масштабах от часов до миллионов лет. Таким образом, когда изображение квазара линзируется в несколько копий с неравными световыми траекториями, любое изменение яркости квазара приведет к тонкому мерцанию между копиями, поскольку свет от определенных копий длится дольше, чтобы достичь Земли.
Из этого несоответствия ученые могли точно определить, насколько мы далеки от квазара и промежуточной галактики. Чтобы вычислить постоянную Хаббла, астрономы затем сравнили это расстояние с красным смещением объекта или смещением длин волн света к красному концу спектра (который показывает, насколько свет объекта растянулся при расширении Вселенной).
Изучение света от систем, которые создают четыре изображения или копии квазара, было сделано в прошлом. Но в новой статье Биррер и его сотрудники успешно продемонстрировали, что можно измерить постоянную Хаббла из систем, которые создают только двойное изображение квазара. Это резко увеличивает количество систем, которые можно изучить, что в конечном итоге позволит более точно измерить постоянную Хаббла.
«Изображения квазаров, которые появляются четыре раза, очень редки - их может быть всего 50–100 по всему небу, и не все они достаточно яркие, чтобы их можно было измерить», - сказал Биррер в интервью Live Science. «Однако системы с двойными линзами встречаются чаще примерно в пять раз».
Новые результаты для системы с двойной линзой в сочетании с тремя другими ранее измеренными системами с четырьмя линзами позволили установить значение постоянной Хаббла в 72,5 километра в секунду на мегапарсек; это согласуется с другими измерениями локальной вселенной, но все же примерно на 8 процентов выше, чем измерения из далекой вселенной (более старой или ранней вселенной). По мере того, как новая методика применяется к большему количеству систем, исследователи смогут понять точное различие между измерениями в отдаленной (или ранней) вселенной и локальной (более поздней) вселенной.
«Ключ в том, чтобы перейти от точки, в которой мы говорим, да, эти вещи не согласны, к очень точному измерению уровня, с которым они не согласны, потому что в конечном итоге это будет ключом, который позволяет Теория, чтобы сказать, что происходит, "Рисс сказал Live Science.
Точное измерение постоянной Хаббла помогает ученым понять не только то, насколько быстро разлетается Вселенная. Значение является обязательным при определении возраста Вселенной и физического размера далеких галактик. Это также дает астрономам подсказки относительно количества темной материи и темной энергии там.
Что касается объяснения того, что, возможно, экзотическая физика может объяснить их несоответствие в измерениях скорости расширения, это далеко вниз по линии.
