Ученые подтвердили, что пространство вокруг нас, по-видимому, расширяется быстрее, чем может объяснить физика, основываясь на точных измерениях скопления галактик, расположенного на расстоянии более 300 миллионов световых лет. Новое исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
За большую часть столетия астрономы поняли: то, что изначально представляло собой концентрацию массы и энергии, зажатую в ограниченном пространстве, теперь представляет собой ослепительное скопление галактик, брошенных на произвол судьбы в расширяющемся море небытия.
То, как это произошло, зависит от физики, которую мы едва понимаем, от инфляционных квантовых полей, преодолевающих чрезвычайно слабую гравитационную силу, от отталкивающей энергии, настолько загадочной, что мы можем описать ее только как темную, и от столь же странной формы притяжения, которая также не поддается простому объяснению.
Собрав все это вместе, мы получаем модель расширяющегося космоса, который довольно равномерно усеян медленными сгустками материи, которые мы можем видеть, и некоторыми, которые мы не можем видеть, предсказуемо раздвигающимися с расчетной скоростью, известной как постоянная Хаббла.
Чтобы проверить наши расчеты, нам просто нужно оглядеться вокруг и измерить скорость, с которой эти сгустки материи удаляются вдаль.
Есть только одно но. Разные методы измерения постоянной Хаббла дают разные результаты, что порождает «напряжение» в космологии, которое в очередной раз подтвердилось как серьезная проблема.
«Теперь напряжение перерастает в кризис», — говорит Дэн Сколник из Университета Дьюка, физик, возглавлявший группу по перепроверке измерений близлежащего скопления галактик.
Данные, полученные с помощью спектроскопического инструмента темной энергии, использовались в предыдущем исследовании для измерения связи между растяжением пространства и точным расстоянием до скопления Волос Вероники — концентрации более 1000 известных галактик, находящихся, по оценкам, примерно в 320 миллионах световых лет от нас.
Уверенное знание этой взаимосвязи полезно для проведения аналогичных расчетов в дальнейших точках пространства, эффективно формируя лестницу измерений, простирающуюся все дальше в удаляющуюся даль.
«Сотрудничество с DESI оказалось самым сложным, в их лестнице не хватало первой ступеньки», — говорит Сколник. «Я знал, как это сделать, и я знал, что это даст нам одно из самых точных измерений постоянной Хаббла, которые мы могли получить, поэтому, когда вышла их статья, я бросил все и работал над этим безостановочно».
Сколник и его команда использовали спектр длин волн и интенсивностей галактик, которые соответствовали спектрам дюжины сверхновых типа Ia ; сияющие предсмертные муки звезд, сверкающих характерным образом, что позволяет ясно определить расстояние до них.
Используя эти маркеры, команда подтвердила, что скопление Coma находится на расстоянии 321 миллиона световых лет от нас, примерно в самом центре диапазона предыдущих оценок.
Большая уверенность в этом расстоянии означает большую уверенность в расчетах скорости, с которой расширяется пространство между этим и тем, со скоростью 76,5 километров в секунду на мегапарсек — не слишком далеко от аналогичных космических измерений, основанных на том, как, по нашему мнению, должны светиться звезды на близком расстоянии.
К сожалению, это число сильно отличается от измерений, основанных на растяжении древнего света, оставшегося с начала времен после эпох расширения, и составляет гораздо меньше 67,4 километра в секунду на мегапарсек.
Именно то, почему существует это несоответствие, является одной из величайших загадок современной космологии. Находя новые способы усовершенствования каждого метода, мы надеемся, что либо обнаружим критическое заблуждение, которое разрешит конфликт, либо откроем новую физику, которая представит проблему в новом свете.
В любом случае, это вызов, который не исчезнет в ближайшее время.
«Мы находимся на этапе, когда нам приходится очень жестко противостоять моделям, которые мы использовали на протяжении двух с половиной десятилетий, и мы видим, что все не соответствует действительности», — говорит Сколник. «Это может изменить наши представления о Вселенной, и это волнительно! В космологии еще много сюрпризов, и кто знает, какие открытия будут дальше?»
