У 1920-х роках Едвін Хаббл зробив новаторське відкриття, що Всесвіт перебуває в стані розширення. Спочатку передбачалося як наслідок теорії загальної відносності Ейнштейна, це підтвердження призвело до того, що стало відомим як Константа Хаббла. Завдяки десятиліттям, завдяки розгортанню телескопів наступного покоління, як-от влучно названий космічний телескоп Хаббла (HST), вчені були змушені переглянути цей закон.
Коротше кажучи, за останні кілька десятиліть здатність бачити все далі в космосі (і глибше у часі) дозволила астрономам зробити більш точні вимірювання того, наскільки швидко розширюється рання Всесвіт. І завдяки новому опитуванню, проведеному за допомогою Хаббла, міжнародна команда астрономів змогла провести найточніші вимірювання швидкості розширення Всесвіту на сьогоднішній день.
Це опитування було проведено командою Supernova H0 для рівняння стану (SH0ES), міжнародною групою астрономів, яка з 2005 р. Прагне уточнити точність константи Хаббла. Групою керує Адам Рейсс з Космосу. Науково-дослідний інститут телескопа (STScI) та Університет Джона Хопкінса, до якого входять члени Американського природничого музею, Інституту Нілса Бор, Національної обсерваторії оптичної астрономії та багатьох престижних університетів та науково-дослідних установ.
Дослідження, яке описує їхні висновки, нещодавно з'явилося в Росії Астрофізичний журнал під заголовком "Відстань супернової типу Ia на Redshift> 1,5 від Космічний телескоп Хаббл Багатоциклові казначейські програми: швидкість раннього розширення “. Заради свого дослідження та відповідно до своїх довгострокових цілей команда прагнула побудувати нову та більш точну «драбину відстані».
Цей інструмент полягає в тому, як астрономи традиційно вимірювали відстані у Всесвіті, що складається з опори на маркери відстані, як змінні Цефеїда - пульсуючі зірки, відстані яких можна зробити за допомогою порівняння їх внутрішньої яскравості з їх видимою яскравістю. Потім ці вимірювання порівнюються з тим, як червоне зміщення світла від віддалених галактик визначають, наскільки швидко розширюється простір між галактиками.
З цього походить Константа Хаббла. Щоб побудувати свою віддалену сходи, Рісс та його команда провели вимірювання паралакса, використовуючи широкоформатну камеру Хаббла 3 (WFC3) восьми щойно проаналізованих змінних зірок Цефеїда в Чумацькому Шляху. Ці зірки приблизно в 10 разів далі, ніж будь-які вивчені раніше - між 6000 і 12000 світлового року від Землі - і пульсують з більшими інтервалами.
Для забезпечення точності, яка б враховувала коливання цих зірок, команда також розробила новий метод, за яким Хаббл вимірював позицію зірки тисячу разів на хвилину кожні півроку протягом чотирьох років. Потім команда порівняла яскравість цих восьми зірок з більш віддаленими цефеїдами, щоб переконатися, що вони могли з більшою точністю обчислити відстані до інших галактик.
Використовуючи нову техніку, Хаббл зміг зафіксувати зміну положення цих зірок відносно інших, що надзвичайно спростило речі. Як пояснив Рісс у прес-релізі NASA:
«Цей метод дозволяє неодноразово використовувати можливість вимірювання надзвичайно крихітних переміщень через паралакс. Ви вимірюєте відстань між двома зірками не лише в одному місці на камері, але і в тисячах разів, зменшуючи помилки в вимірюванні. "
Порівняно з попередніми дослідженнями, команді вдалося розширити кількість проаналізованих зірок на відстані в 10 разів. Однак їхні результати також суперечили результатам, отриманим супутником Planck Європейського космічного агентства (ESA), який вимірював космічний мікрохвильовий фон (CMB) - залишкове випромінювання, створене Великим вибухом - з моменту його розгортання в 2009 році.
Намітивши КМБ, Планк зміг простежити розширення космосу протягом раннього Всесвіту - приблизно. 378 000 років після Великого вибуху. Результат Планка передбачив, що постійне значення Хаббла зараз має становити 67 кілометрів на секунду на мегапарсек (3,3 мільйона світлових років) і може бути не вище 69 кілометрів на секунду на мегапарсек.
Спираючись на результати дослідження, команда Рієса отримала значення 73 кілометри на секунду за мегапарсек, розбіжність у 9%. По суті, їх результати свідчать про те, що галактики рухаються швидше, ніж те, що передбачається спостереженнями раннього Всесвіту. Оскільки дані Хаббла були настільки точними, астрономи не можуть відхилити розрив між двома результатами як помилки в будь-якому одному вимірюванні чи методі. Як пояснив Рейс:
«Спільнота насправді стикається з розумінням сенсу цієї невідповідності… Обидва результати були перевірені декількома способами, тому забороняючи ряд непов’язаних помилок. все частіше ймовірно, що це не помилка, а особливість Всесвіту ».
Тому останні результати свідчать про те, що у Всесвіті можуть працювати якісь невідомі раніше сили чи нова фізика. Що стосується пояснень, Рейсс та його команда запропонували три можливості, всі вони пов'язані з 95% Всесвіту, якого ми не можемо побачити (тобто темна матерія та темна енергія). У 2011 році Рейсс та двоє інших вчених були удостоєні Нобелівської премії з фізики за їх відкриття 1998 року, що Всесвіт у прискореному темпі розширення.
Відповідно до цього, вони припускають, що Темна Енергія могла б витісняти галактики разом із збільшенням сили. Інша можливість полягає в тому, що там знаходиться нерозкрита субатомна частинка, яка схожа на нейтрино, але взаємодіє з нормальною речовиною гравітацією замість субатомних сил. Ці "стерильні нейтрино" рухалися б із швидкістю світла і в сукупності їх можна було б назвати "темним випромінюванням".
Будь-яка з цих можливостей означала б, що зміст раннього Всесвіту був різним, що змусило переосмислити наші космологічні моделі. На даний момент Рісс та його колеги не мають жодних відповідей, але планують продовжувати детальну настройку своїх вимірювань. Поки команда SHOES знизила невизначеність Константа Хаббла до 2,3%.
Це відповідає одній з центральних цілей космічного телескопа Хаббла, яка полягала в тому, щоб зменшити значення невизначеності в константі Хаббла, для яких колишні оцінки змінювались в 2 рази.
Отже, хоча ця невідповідність відкриває двері до нових та складних питань, вона також суттєво зменшує нашу невизначеність, коли йдеться про вимірювання Всесвіту. Зрештою, це покращить наше розуміння того, як розвивалася Всесвіт після її створення в вогненному катаклізмі 13,8 мільярдів років тому.
