Вселенная может быть моложе, чем ранее считали ученые, если судить по движениям галактик-спутников, которые показывают, как недавно они попали в группу галактик. Новые результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Согласно измерениям космического микроволнового фонового излучения (CMB), выполненным миссией Планк Европейского космического агентства, возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет. Этот расчет основан на так называемой Стандартной модели космологии, которая описывает плоскую Вселенную, в которой доминируют темные энергия и материя, и которая расширяется с возрастающей скоростью.
Стандартная модель затем используется в качестве основы для суперкомпьютерного моделирования, которое может отобразить рост крупномасштабных структур во Вселенной — галактик, скоплений галактик и огромных цепочек и стен галактик.
Однако теперь эти модели столкнулись с новыми измерениями движения пар галактик, которые не соответствуют тому, что говорят нам симуляции.
В новом исследовании астрономы под руководством Го Ци из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук изучили пары спутников в группах галактик.
Группы галактик — это небольшие совокупности галактик, такие как наша Местная группа, в которой к нескольким крупным галактикам присоединяется рой более мелких. Подобно более крупным скоплениям галактик, эти группы галактик образуются там, где встречаются нити космической паутины материи, охватывающей Вселенную, при этом более мелкие галактики движутся вдоль нитей, прежде чем объединиться в группу.
Используя наблюдения, сделанные Слоанским цифровым обзором неба (SDSS) за 813 группами галактик на расстоянии около 600 миллионов световых лет от Земли, команда Ци сосредоточилась на самой массивной галактике в каждой группе и измерила, как двигались пары спутников на противоположных сторонах этой галактики.
Они обнаружили, что доля галактик-спутников, которые вращались в противоположных направлениях по отношению друг к другу (другими словами, вращались вокруг большой галактики в противоположных направлениях), выше, чем предсказывали компьютерные модели крупномасштабных структур, такие как Millennium Simulation и модель Illustris TNG300, обе они основаны на Стандартной модели, описанной миссией Планк.
Это естественное положение дел, если спутники только что вышли на орбиту большей галактики группы. Но со временем группы и скопления галактик должны достичь динамически расслабленного состояния, при этом большинство спутников будут вращаться в одном направлении. Если группы и скопления галактик объединились, когда это предполагает Стандартная модель, то доля спутников, вращающихся в противоположных направлениях, должна быть меньше. Тот факт, что они составляют большую часть спутников, является проблемой для Стандартной модели.
«В данных SDSS мы обнаружили, что галактики-спутники просто аккрецируются/распадают в массивные группы, с более сильным сигналом о продолжающейся сборке по сравнению с моделированием с параметрами Планка», — сообщил Ци.
Другими словами, кажется, что галактики-спутники лишь недавно попали в соответствующие группы.
«Это говорит о том, что Вселенная моложе, чем предполагалось по наблюдениям Планка за реликтовым излучением», — сказал Ци. «К сожалению, эта работа не может количественно оценить возраст Вселенной».
Это связано с тем, что все еще существует слишком большая свобода действий в движениях пар спутников и моделях формирования групп, чтобы можно было дать твердую оценку того, насколько моложе 13,8 миллиардов лет предполагают эти результаты.
Если это правда, то новые открытия означают, что в Стандартной модели что-то не так и что некоторые из наших предположений о Вселенной должны быть неверными. Фактически, ответом может стать один космический парадокс, который в настоящее время исследуют ученые.
Скорость расширения Вселенной определяется числом, называемым постоянной Хаббла. Планк измерил постоянную Хаббла, равную 67,8 километра в секунду на мегапарсек — другими словами, каждый мегапарсек пространства расширяется на 67,8 километра каждую секунду. (Один мегапарсек равен примерно (3,26 миллиона световых лет). Основываясь на этой скорости расширения, космологи могут вычислить возраст Вселенной как 13,8 миллиардов лет, перемотав часы назад.
Однако наблюдения красного смещения сверхновых типа Ia, которые представляют собой взрывающиеся белые карлики, дают значение постоянной Хаббла, равное 73,2 километра в секунду на мегапарсек. При такой скорости расширения перемотка часов назад даст более молодой возраст на 12,6 миллиардов лет.
Оба измерения постоянной Хаббла считаются безупречными, однако они существенно различаются. Этот парадокс стал известен как «напряжение Хаббла».
«Это, конечно, может быть связано с проблемой напряжения Хаббла», — сказал Ци, когда его спросили, является ли более молодой возраст, предполагаемый парами спутников в группах галактик, подтверждением более высокой скорости расширения, полученной по измерениям сверхновых.
Однако есть и другие препятствия, которые необходимо преодолеть. Если мы слишком сильно занизим возраст Вселенной, то астрономы окажутся в неловком положении, поскольку у них есть звезды, о которых известно, что они старше самой Вселенной.
Возможно, объяснение кроется в других аспектах Стандартной модели. Например, модель сильно зависит от темной материи, но ученые пока не знают, что такое темная материя. Другие исследователи утверждают, что темной материи вообще не существует, и что ее гравитационные эффекты можно объяснить модификацией законов гравитации при низких ускорениях, например, тех, которые испытывают галактики-спутники, вращающиеся на больших расстояниях. Команда Ци обнаружила, что пары спутников на больших орбитальных радиусах с большей вероятностью будут вращаться в противоположных направлениях.
Сейчас хотелось бы получить больше данных. По словам Ци, то же самое явление должно иметь место и для более крупных скоплений галактик, но скопления, как правило, находятся дальше, а ограниченный размер выборки и более низкое качество данных в настоящее время делают любые измерения неубедительными.
Вселенная древняя, какое бы возрастное значение ни было верным, но эти новые результаты предполагают, что она, возможно, сможет вернуть себе часть своей молодости.
