Вчені підтверджують, що Всесвіт розширюється надто швидко

Вчені підтвердили, що простір навколо нас розширюється швидше, ніж це можна пояснити законами фізики, базуючись на точних вимірюваннях скупчення галактик, розташованого на відстані понад 300 мільйонів світлових років. Протягом більшої частини століття астрономи дійшли висновку, що те, що почалося як концентрація маси та енергії, стиснутої в обмеженому просторі, тепер перетворилося на дивовижне розсіювання галактик, що дрейфують у розширюваному морі порожнечі.

Як це стало можливим, залежить від фізичних процесів, які ми ледве розуміємо: від інфляційних квантових полів, що долають надзвичайно слабку гравітаційну силу, до відштовхувальної енергії, настільки загадкової, що ми можемо лише назвати її «темною», і такої ж загадкової форми притягання, яка також не має простого пояснення.

Об’єднавши всі ці фактори, ми отримуємо модель розширюваного космосу, який рівномірно заповнений повільними скупченнями матерії, як видимої, так і невидимої, що розходяться передбачувано із заданою швидкістю, відомою як постійна Габбла. Щоб перевірити ці розрахунки, потрібно лише подивитися навколо і виміряти швидкість, з якою ці скупчення матерії віддаляються в простір. Однак є проблема: різні методи вимірювання постійної Габбла дають різні результати, створюючи «напругу» в космології, яка знову підтверджується як серйозна проблема.

«Ця напруга тепер перетворюється на кризу,» — каже Ден Сколнік з Університету Дьюка, фізик, який очолював команду, що перевіряла вимірювання сусіднього скупчення галактик.

Дані та дослідження

Дані, отримані за допомогою Спектроскопічного інструменту темної енергії (DESI), раніше використовувалися для вимірювання взаємозв’язку між розтягненням простору та точною відстанню до скупчення Кома, яке складається з понад 1 000 відомих галактик, приблизно на відстані 320 мільйонів світлових років.

Точні вимірювання

Визначення точної відстані до скупчення Кома (на фото) підтверджує локальні розрахунки швидкості розширення простору. Маючи цю інформацію, можна з більшою впевненістю робити подібні розрахунки на більш віддалених точках космосу, формуючи «драбину» вимірювань, яка простягається все далі в глибини віддаленого Всесвіту.

«DESI провела дуже важливу частину роботи, але їхній аналіз бракував першого кроку,» — пояснює Сколнік. «Я знав, як це зробити, і що це дозволить отримати одне з найточніших значень постійної Габбла. Коли їхня робота була опублікована, я зосередився виключно на цьому і працював над цим без зупинки.»

Сколнік та його команда використали спектри довжин хвиль та інтенсивностей від галактик, які відповідали кільком надновим типу Ia — зіркам, що вибухають із характерною яскравістю, дозволяючи точно визначити їхню відстань.

Ключові результати

Використовуючи ці маркери, команда підтвердила, що відстань до скупчення Кома становить 321 мільйон світлових років, що відповідає попереднім оцінкам. Точніший розрахунок цієї відстані означає більшу впевненість у швидкості розширення простору між цією точкою та Землею — 76,5 км/с/Мпк. Це число близьке до інших вимірювань, заснованих на тому, як, на нашу думку, мають світитися зірки на близьких відстанях. Проте цей результат значно відрізняється від інших оцінок, заснованих на розтягненні древнього світла, що залишилося після Великого вибуху, які дають повільніше значення — 67,4 км/с/Мпк.

Кризовий момент у космології

Точна причина цієї розбіжності залишається однією з найбільших загадок сучасної космології. Удосконалюючи методи вимірювання, вчені сподіваються або виявити критичну помилку в припущеннях, або знайти нову фізику, яка проллє світло на проблему.

«Ми дійшли до точки, де наші моделі за останні 25 років починають показувати невідповідності,» — каже Сколнік. «Це може змінити наше уявлення про Всесвіт, і це захопливо! Космологія все ще має свої сюрпризи, і хто знає, які відкриття чекають нас попереду?»

Дослідження було опубліковане у виданні The Astrophysical Journal Letters.