Телескоп Уэбб приоткрывает завесу тайны «напряжения Хаббла»

Недавно опубликованное исследование, проведённое с использованием данных космического телескопа Джеймса Уэбба, добавило новые детали в продолжающуюся дискуссию о скорости расширения Вселенной, известную как «напряжение Хаббла». Этот спор, продолжающийся уже десятилетия, ставит под сомнение наше понимание законов физики и, возможно, указывает на недостающие элементы в теоретической модели Вселенной.

Почти сто лет назад американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, и определил скорость этого расширения, которая стала известна как постоянная Хаббла (H₀). Однако с тех пор учёные столкнулись с тем, что современные измерения H₀ расходятся с теоретическими предсказаниями, что и привело к возникновению так называемого «напряжения Хаббла». Это расхождение вызвало множество дискуссий и спекуляций, предполагающих, что наше понимание Вселенной может быть неполным.

Две ведущие исследовательские группы возглавляют усилия по измерению H₀. Первая, под руководством лауреата Нобелевской премии Адама Рисса из Университета Джонса Хопкинса, обнаружила , что их результаты показывают значение H₀ примерно на 8% выше теоретического предсказания. Это означает, что Вселенная расширяется быстрее, чем должна, согласно стандартной модели. Это несоответствие породило теорию о том, что во Вселенной может существовать нечто, ускоряющее её расширение — некая неизвестная составляющая или эффект.

С другой стороны, команда под руководством Венди Фридман из Чикагского университета настойчиво утверждает, что необходимы более точные и чистые измерения. Её группа регулярно получает значения H₀, которые ближе к теоретическим предсказаниям, что ставит под сомнение существование самого напряжения Хаббла.

С появлением телескопа Джеймса Уэбба в 2022 году научное сообщество с нетерпением ждало анализа Фридман, который использует наблюдения трёх типов звёзд для измерения H₀. Этот анализ должен был подтвердить или опровергнуть существование напряжения Хаббла. Недавно опубликованные результаты показали, что два типа звёзд дали значения H₀, которые совпадают с теорией, в то время как третий тип звёзд, используемый также командой Рисса, подтвердил более высокое значение, вновь оживив спор.

Фридман считает, что расхождения между результатами, полученными разными методами, говорят скорее о наличии систематической ошибки в одном из них, чем о фундаментальных проблемах в самой физике. Хотя результаты её исследования ещё не прошли формальное рецензирование, они уже привлекли внимание научного сообщества. Нобелевский лауреат Саул Перлмуттер из Калифорнийского университета в Беркли отметил, что нынешние данные указывают на существование «внутреннего напряжения» в методах измерения на основе звёзд, и именно на это следует сосредоточить внимание.

Процесс исследований, предшествующий публикации, был полон драматических моментов. Первоначально Фридман и её команда полагали, что их анализ устранил напряжение Хаббла, но последующий пересмотр данных вернул проблему на повестку дня. В марте 2024 года команда Фридман провела тщательный внутренний анализ, разделив данные на три группы, каждая из которых использовала один из методов измерения расстояний до галактик. Первоначальные результаты показали схожие значения H₀, близкие к теоретическому предсказанию, что казалось окончательным решением проблемы. Однако последующий анализ выявил ошибки, что привело к возвращению напряжения Хаббла.

Один из методов, использующих звёзды типа JAGB (углеродно-богатые гигантские звёзды), дал результат, почти совпадающий с теоретическим предсказанием, — 67,96 км/с на мегапарсек, что укрепляет стандартную модель космологии. Другой метод, основанный на звёздах типа TRGB (красные гиганты на конце ветви), показал значение 69,85 км/с на мегапарсек, что также ослабляет напряжение Хаббла. Однако метод Цефеид, используемый Риссом, дал значение 72,05 км/с на мегапарсек, что снова указывает на существование разногласий.

Фридман подчёркивает, что полученные значения H₀ с использованием Цефеид зависят от множества факторов, включая состав звёзд и их окружение. Пыль в дисках галактик, где обитают Цефеиды, может затемнять их свет, и хотя инфракрасные данные от телескопа Уэбба могут проникнуть сквозь эту пыль, для точной коррекции требуются дополнительные данные, что добавляет неопределённости в результаты.

Дополнительной сложностью стало то, что 11 изученных галактик, ближайших к Земле и содержащих все четыре типа объектов (JAGB, TRGB, Цефеиды и сверхновые), показали, что их сверхновые звёзды были ярче, чем аналогичные объекты в более далёких галактиках. Это ещё одна загадка, которую необходимо решить, и которая также влияет на расчёты H₀.

Несмотря на продолжающиеся споры, астрономы надеются, что в ближайшие годы новые наблюдения с телескопа Джеймса Уэбба помогут найти окончательный ответ. Например, использование эффекта гравитационного линзирования, когда массивные скопления галактик искажают свет от объектов за ними, может дать дополнительные данные для измерения H₀.

Существует также метод, основанный на измерении «зернистости» изображения галактики, которое связано с её расстоянием: более близкие галактики выглядят «более зернистыми» из-за разрешения звёзд, тогда как более удалённые — более гладкими. Эти и другие методы, поддерживаемые новыми данными, могут помочь разрешить напряжение Хаббла.

Хотя окончательный ответ на вопрос о существовании напряжения Хаббла остаётся неопределённым, учёные уверены, что решение этой загадки близко. Как отметила Фридман, «с улучшением данных эта проблема будет решена, и, думаю, это произойдёт довольно скоро».