Згідно з новим дослідженням канадського фізика, вік Всесвіту може досягати 26,7 мільярда років. Ця гіпотеза кидає виклик домінуючій космологічній моделі і досить складно доведена, але при цьому може відповісти на деякі проблемні питання раннього Всесвіту.
Протягом багатьох років астрофізики розраховували вік нашого Всесвіту, вимірюючи час, що минув з моменту Великого вибуху, і вивчаючи найстаріші зірки на основі червоного зміщення світла, що виходить від далеких галактик. Робили це так: всі наднові типу Ia (надійно впізнаються по спектру) мають близьку енергію спалаху, проте їх спостережувана яскравість різна, оскільки вони знаходяться на різній відстані від Землі. Порівнюючи яскравість цих “стандартних свічок космології”, можна зрозуміти, наскільки віддалені від нас ті галактики, в які входять ці наднові.
Потім астрономи виявили, що об’єкти, визначені таким методом як далекі, виглядають дуже червоними порівняно з подібними об’єктами, визначеними як близькі (космологічне червоне зміщення). Щоб пояснити цю дивність, спочатку запропонували модель “втомленого світла” – що фотони з відстанню втрачають енергію, чому стають більш “червоними” (тобто більш довгохвильовими). Це пояснення не спрацювало з цілого ряду причин, включаючи, наприклад, ту, що спалахи наднових в далеких областях Всесвіту тривають, на погляд астрономів, довше, ніж в близьких.
Тому замість гіпотези «стомленого світла» збільшення червоного зміщення з відстанню пояснили загальною теорією відносності. Згідно з нею червоне зміщення — нормальний результат для фотона, що летить через простір-час, який розширюється. Це пояснювало і те, чому спалахи наднових в ранньому Всесвіті йшли довше, ніж в ближньому: через розтягування фотонів від далеких наднових астрономи спостерігали здається уповільнення часу для подій в ранньому Всесвіті. За розрахунками в рамках цього підходу, спостережуване червоне зміщення від далеких галактик дає чітко визначену швидкість їх віддалення один від одного внаслідок розширення Всесвіту — приблизно 70 кілометрів на секунду на мегапарсек. Якщо поділити відстань між далекими галактиками і нами на цю величину, виходить 13,8 мільярда років — виходить, Великий вибух, що породив нинішній Всесвіт, трапився саме тоді.
Складнощі з віком
Однак в останній десяток років почали накопичуватися слабо сумісні з класичною моделлю розвитку Всесвіту дані. Існують деякі дуже давні зірки, такі як Мафусаїл (HD 140283) та інші, які мали сформуватися 13,5 мільярда років тому. Тим часом досі вважалося, що між Великим вибухом і утворенням перших зірок повинно було пройти багато сотень мільйонів років. Також вчені виявили деякі галактики з раннього Всесвіту, що знаходяться на просунутій стадії Космічної еволюції: хоча вони видно нам такими, якими були лише через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху, вони містять відносно багаті важкими елементами зірки, для формування яких потрібен великий час зоряної еволюції.
Щоб вирішити це протиріччя, професор Раджендра Гупта (Rajendra Gupta) з Оттавського університету (Канада) запропонував об’єднати гіпотезу «втомленого світла» з поясненням червоного зсуву через розширення Всесвіту в рамках теорії відносності. Роботу на цю тему вчений опублікував в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
- Астрономи передбачили виявлення позаземного життя протягом найближчих 5-10 років
- Вчені виявили загадкові радіовсплески, які пронизують сусідню галактику (відео)
- “Хаббл” досліджував зміни клімату протягом трьох років на надгарячій екзопланеті
На думку астрофізика, в поєднанні з моделлю втомленого світла знаходять сенс і гіпотези про те, що фундаментальні фізичні константи, які керують взаємодією між частинками, можуть змінюватися з часом. Включаючи ті константи, на підставі яких обчислюються космологічне червоне зміщення і вік Всесвіту.
Якщо константи змінюються таким чином, то часові рамки формування ранніх галактик, що спостерігаються при великих червоних зміщеннях, можуть бути збільшені з декількох сотень мільйонів років до декількох мільярдів років. Це дає більше часу на розвиток галактик і появу старих зірок у ранньому Всесвіті. У підсумку Гупта припустив, що ймовірний вік Всесвіту — 26,7 мільярда років, тобто приблизно вдвічі більше сучасних оцінок.
Нові відповіді, нові питання
У своєму підході Гупта намагається прибрати протиріччя між спостережуваним в рамках теорії відносності невеликим віком Всесвіту (13,8 мільярда років) і дуже зрілими галактиками, які астрономи відкрили в останній десяток років. Скажімо, галактиці HD1 – 13,463 мільярда років, вона утворилася лише через 324 мільйони років після Великого вибуху. При цьому вона ще дуже яскрава, на рівні багатьох сучасних галактик. Сучасна мейнстрімна космологія не може пояснити, як за такий короткий час могло з’явитися достатня кількість зірок, потрібна для утворення яскравої галактики. Не дивно, що на цьому тлі Гупта звернувся до гіпотези кінця 1920-х про втомлене світло.
Однак його робота, по-перше, пояснила далеко не всі слабкі місця «втомленого світла». Наприклад, якби фотони «втомлювалися» з відстанню, то спектр реліктового випромінювання (від моменту Великого вибуху) виглядав би зовсім не так, як зараз. Теоретично, довільно змінюючи фізичні константи (виходячи з припущення Гупти, що вони змінюються з часом), можна спробувати пояснити і це, але тут настає «по-друге».
- Астрофізики побудували тривимірну модель ядерного горіння зірки (відео)
- Подивіться на величезний “відбиток пальця” на поверхні Марса
- Вчені виявили першу молекулу, що утворилася у Всесвіті
Друга слабкістю підходу Гупти слід назвати те, що його вкрай складно перевірити, якщо це взагалі можливо. Якщо ми будемо виходити з того, що фізичні константи в ранньому Всесвіті змінювалися, можна пояснити майже будь-які спостереження з неї. Але підтвердити, чи змінювалися вони описаним чином, ми не можемо, оскільки експерименти в ранньому Всесвіті недоступні. Отже, гіпотеза Гупти слабо перевіряється, що ставить її на межу ненауковості.
Альтернативні думки
Є й інші спроби пояснити існування дуже зрілих галактик у дуже ранньому Всесвіті — на основі лише теорії відносності та без залучення екзотичних гіпотез типу «втомленого світла» або фізичних констант, що змінюються з часом. На думку прихильників цієї точки зору, наш Всесвіт – циклічний, що зазнає стиснення з подальшим розширенням.
При цьому з одного циклу Всесвіту в інший переходить значна популяція «реліктових» чорних дір, які служать «насінням» для швидкого формування галактик і такого ж швидкого початку зореутворення в них.