Локальные особенности не объяснили различия в оценках расширения Вселенной

0:41 26/04/2019
Комментарии 0 👁 274

Космологи изучили самую большую выборку сверхновых Ia в попытках обнаружить крупномасштабные неоднородности в распределении галактик в локальной Вселенной. Искомого эффекта обнаружить не удалось, что опровергает возможное влияние таких особенностей на определение скорости расширения Вселенной. Это еще больше обостряет несоответствие между двумя принципиально разными методами определения характеризующего темп расширения параметра — постоянной Хаббла. Авторы приходят к выводу, что нет принципиальных ограничений на определение данной величины по локальным данным с точностью около одного процента, а это противоречит космологическим оценкам. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.

Космологическое расширение Вселенной принято описывать через постоянную Хаббла. Эта величина, измеряемая в километрах в секунду на мегапарсек, связывает кажущуюся скорость удаления галактик с расстоянием до них. Эту величину обычно используют в качестве одной из основных характеристик Вселенной в целом, наряду с плотностью темной материи и темной энергии, а также рядом других. В частности, обратная к постоянной Хаббла величина тесно связана с возрастом Вселенной.

Стоит отметить, что, как и многие термины в астрономии, даже само название (постоянная Хаббла) может вводить в заблуждение. В частности, эта величина не является постоянной и меняется со временем. В ранней Вселенной, когда объемная плотность энергии была гораздо выше, расширение также происходило гораздо быстрее. Со временем темп расширения замедлялся, а постоянная Хаббла, соответственно, уменьшалась до наблюдаемых в современную эпоху значений.

Существует несколько принципиально разных методов определения данной величины, среди которых два основных. Один из них основан на анализе реликтового излучения, то есть неоднородностях в первичной плазме, существовавших спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва. Точное определение параметров для ранней Вселенной позволяет вычислить современное значение постоянной Хаббла. Второй метод связан с непосредственным построением зависимости скорости убегания галактик от расстояния до них. Это возможно только в локальной Вселенной и сопряжено со значительными трудностями, так как в астрономии невозможно придумать единую меру расстояний, подходящую для любых ситуаций. В связи с этим приходится использовать несколько разных шкал расстояний, составляющих вместе единую лестницу: с помощью справедливых на коротких расстояниях методов проверяют и калибруют подходящие для более далеких объектов, затем повторяют в несколько итераций.

Значения современной постоянной Хаббла, получаемые разными методами, всегда несколько отличались. Тем не менее, в связи с существованием значительных неточностей, в пределах ошибок они пересекались. Ситуация значительно изменилась с получением результатов европейского спутника «Планк» — этот исследовавший реликтовый фон аппарат смог получить существенно более точные оценки, которые перестали соответствовать другим методам. Результаты космической обсерватории говорят в пользу величины H0 = 67,4 ± 0,5 км/с/Мпк, в то время как измерения в локальной Вселенной — 74,03 ± 1,42 км/с/Мпк. Данная ситуация получила название «Hubble tension» и многими учеными считается одной из наибольших проблем современной космологии.

Несоответствия в определении постоянной Хаббла различными методами. Синяя область соответствует построениям зависимости скорости от удаленности с использованием шкалы расстояний, а красная область — измерениям на основе реликтового излучения. Уже первые данные спутника Planck (P13) указали на значимое противоречие. В будущем наблюдения гравитационных волн должны помочь решить проблему, но на данный момент ошибки этого метода слишком велики (отмечены зеленым). Ezquiaga JM and Zumalacárregui M / Front. Astron. Space Sci., 2018

Ученые выдвинули немало возможных объяснений наблюдаемому противоречию, начиная от ошибок одного или обоих методов и заканчивая новой физикой, которая обеспечивает данное различие. В работе под руководством одного из главных сторонников бо́льшего значения постоянной Хаббла — нобелевского лауреата Адама Рисса (Adam Riess) из Университета Джонса Хопкинса — проверяется одна из предложенных гипотез, согласно которой локальная Вселенная характеризуется значительным дефицитом материи по сравнению с другими областями.

Для выяснения этого вопроса ученые составил самую крупную на данный момент выборку сверхновых Ia на красном смещении от 0,01 до 2,26 — всего получилось 1295 событий. Эти яркие вспышки звезд используются в качестве стандартных свеч, потому что их абсолютная пиковая светимость одинакова, что позволяет оценивать расстояние на основе наблюдаемой яркости. В результате авторы с высокой точностью смогли опровергнуть идею о значительной (20 процентов и более) нехватке материи в локальной Вселенной. Также не удалось найти указаний на существование скачка постоянной Хаббла, что могло быть связано с присутствием резкой границы войда — огромной области пространства с малым количеством галактик, «пузыре» в пенообразной крупномасштабной структуре Вселенной.

Противоречие в оценках скорости расширения Вселенной нарастало все последние годы. В частности, путаницу усилила конечность размеров галактик и недавние уточнения шкалы расстояний по данным космических телескопов «Хаббл» и Gaia. Есть надежда, что ситуацию разрешит открытие большого количества гравитационных волн, но накопления нужной статистики придется ждать как минимум несколько лет.

Тимур Кешелава

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Источник

1+

Добавить комментарий