Останнім часом космологія переживає невелику кризу: два основні методи вимірювання швидкості розширення Всесвіту показують різні результати. Вчені з Данії запропонували новий метод, який, можливо, допоможе вирішити цю проблему.
У лівій частині зображення зображений в рентгенівському діапазоні розширюється залишок наднової, відкритої Тихо Браге в 1572 році. У правій – карта фонового випромінювання половини неба, отримана в мікрохвильовому діапазоні / © NASA, WMAP Science Team
Приблизно 100 років тому американський астрофізик Едвін Хаббл, вимірюючи відстані до найближчих галактик, зауважив, що в спектрі їх атомного випромінювання присутнє червоне доплерівське зміщення — ефект, при якому електромагнітне випромінювання збільшує свою довжину хвилі. На основі отриманих даних Хаббл зробив висновок, що галактики віддаляються від нас і одна від одної.
Трохи пізніше вчений виявив, що чим далі від спостерігача знаходиться галактика, тим сильніше червоне зміщення, і, отже, тим швидше вона віддаляється. Значить, уклав астрофізик, Всесвіт розширюється. Варто розуміти, що не самі галактики рухаються на швидкості в просторі — рух відбувається саме внаслідок розширення тканини простору.
У своїй роботі Хаббл використовував розрахований ним коефіцієнт пропорційності, який пов’язує відстань до об’єкта зі швидкістю його видалення. Цей коефіцієнт прийнято називати “постійною Хаббла”, проте астрофізик отримав його з дуже великою похибкою, тому що часто недооцінював відстані.
Сучасні вчені намагаються “уточнити величину постійної Хаббла”, що дозволить точно визначати відстані до галактик і їх скупчень. Відкриття вирішить ряд фундаментальних завдань в космології, в тому числі допоможе достовірніше розрахувати вік Всесвіту.
- Чому деякі комети світяться зеленим?
- НАСА готується до будівництва надсвітлового двигуна
- Стівен Хокінг був правий: чорні дірки здатні випаровуватися
Сьогодні для вимірювання швидкості розширення вчені користуються двома основними методами. Перший спосіб – за спостереженням світності далеких джерел. На практиці це виглядає так: вчені шукають галактики з надновими, а потім за блиском і кольором наднових обчислюють відстань до об’єкта і швидкість розширення Всесвіту.
Другий спосіб – вивчення параметрів космічного надвисокочастотного фонового випромінювання (реліктове випромінювання), яке почало рівномірно заповнювати Всесвіт через кілька миттєвостей після Великого вибуху.
Проблема цих методів полягає в тому, що вони дають різні результати. Перший метод визначає значення Хаббла як приблизно 73 кілометри в секунду на мегапарсек, другий – близько 67 кілометрів на секунду на мегапарсек. У міру розвитку телескопів величина постійної Хаббла продовжує уточнюватися. Зараз для вимірювання швидкості розширення вчені беруть середні значення – майже 70 кілометрів на секунду на мегапарсек.
Для ясності: один мегапарсек дорівнює 3,26 мільйона світлових років. Якщо, скажімо, якась галактика знаходиться на відстані 50 мегапарсек і потрібно обчислити швидкість її віддалення від спостерігача, необхідно середнє значення постійної Хаббла (70) помножити на відстань (50). У підсумку ми отримаємо швидкість видалення галактики, рівну 3,5 тисячі кілометрів на секунду.
Чому не вдається отримати точне значення постійної Хаббла – одна з найбільш «гарячих» тем в астрономії. Можливо, причина криється в невідомих ефектах, які систематично спотворюють один з результатів, а можливо, справа в «новій фізиці», яку ще належить відкрити.
У будь-якому випадку вчені не сидять склавши руки, а намагаються знайти способи, які дозволили б цю проблему. Наприклад, таку спробу зробили датські астрофізики з Інституту Нільса Бора. Вони запропонували новий метод вимірювання космічних відстаней. Результати їх роботи опубліковані в журналі Astronomy & Astrophysics.
Данські вчені розповіли, що кілонові, незважаючи на всю їх складність, головним чином описуються однією властивістю — температурою. Знаючи температуру і деякі інші параметри, можна дізнатися, скільки світла вони випромінюють. Порівнюючи цю яскравість з тим, скільки світла досягає Землі, можна обчислити, наскільки далеко знаходиться кілонова. Таким чином, пояснили вчені, вони отримали новий метод розрахунку відстаней до галактик, що містять кілонові.
Щоб перевірити свій спосіб на ділі, датські астрофізики застосували його до кілонової AT2017gfo, відкритої в 2017 році. В результаті вони отримали значення Хаббла, близьке до значення, отриманого методом вимірювання космічного фонового випромінювання — близько 67 кілометрів на секунду на мегапарсек.
Чи зможе вимірювання космічної відстані по кілоновій вирішити проблему постійної Хаббла, автори роботи поки відповісти не беруться. На їхню думку, перш ніж дати відповідь на це питання, необхідно випробувати такий метод на інших аналогічних астрономічних подіях.
Варто відзначити, що для деяких фізичних теорій значення Хаббла і повинно бути різним, оскільки швидкість розширення простору в різних точках раннього і пізнього Всесвіту може відрізнятися.