Точность постоянной Хаббла и расширение Вселенной

Астрономы уточнили значение постоянной Хаббла и обнаружили, что Вселенная расширяется немного быстрее, чем полагалось. Это может изменить наши взгляды на ее эволюцию.

Нобелевский лауреат по физике 2011 года Адам Рисс, один из первооткрывателей ускоренного расширения Вселенной и темной энергии, снова в центре внимания. Используя данные космического телескопа «Хаббл», астрономы под его руководством уточнили постоянную Хаббла и обнаружили, что Вселенная расширяется еще быстрее, чем считалось ранее. Это может говорить о существенной роли в ее эволюции еще одной гипотетической темной составляющей  – темного излучения. Посвященная этому исследованию статья появится в следующем выпуске The Astrophysical Journal. Пока с препринтом статьи можно познакомиться по ссылке.

Постоянная или параметр Хаббла (Н) – коэффициент пропорциональности между скоростью далеких галактик и расстоянием до них в законе Хаббла, открытом в 1929 году. Для ее нахождения необходимо определить с достаточной точностью расстояния до галактик. С этой целью астрономы используют звезды, яркость которых они знают из физической модели происходящих на них процессов. Сравнив модельную яркость с той, которую астрономы наблюдают на самом деле, можно определить расстояние до звезды, а значит и галактики, где она расположена. 

В первую очередь используются так называемые цефеиды, звезды с переменной светимостью, которая зависит от периода их пульсаций. Другую группу звезд образуют сверхновые типа Ia, представляющие собой термоядерный взрыв белого карлика в системе двойной звезды. Их максимальная яркость после вспышки всегда одинакова, поскольку достигается при достижении определенной критической массы. Меньший расчетного блеск этих сверхновых в далеких галактиках позволил Адаму Риссу, Солу Перлмуттеру и Брайану Шмидту в 1998 году открыть ускоренное расширение Вселенной, которое было объяснено отрицательным давлением темной энергии. До этого расширение Вселенной считалось замедленным из-за гравитационного действия обычной и темной материи.

В этот раз астрономы наблюдали близлежащие галактики, содержащие оба этих вида звезд. Были вычислены расстояния до примерно 2400 цефеид и 300 сверхновых типа Ia в 19 галактиках. Кроме того, благодаря коротким расстояниям исследователи откалибровали метод, используя определение расстояний до самых близких цефеид в том числе из Млечного пути с помощью параллакса (при этом находятся направления на звезду из разных мест орбиты Земли и решается геометрическая задача). Это позволило улучшить точность определения постоянной Хаббла с 3,3% до 2,4 %. Уточненное ее значение составляет 73,2 километров в секунду на мегапарсек (3,26 миллиона световых лет). Это означает, что удаленные на один мегапарсек галактики будут удаляться друг от друга со скоростью 73,2 км/с, а расстояние между ними удвоится через 9,8 миллиардов лет. 

Однако полученная величина Н на 5-9% выше, чем было рассчитано ранее, исходя из представлений о начальном этапе развития Вселенной после большого взрыва, полученных из экспериментальных наблюдений реликтового излучения зондом WMAP (НАСА) и телескопом «Планк» (ESA). Это означает, что скорость расширения Вселенной больше, чем полагали до этого.

Существует несколько возможных объяснений увеличенной скорости расширения Вселенной. Один из них заключается в том, что темная энергия расталкивает галактики друг от друга с большей, или даже растущей, силой. Другая идея состоит в том, что  на ранней истории Вселенной она содержала «темное излучение» – новые субатомные частицы, движущиеся со скоростями близкими к скорости света. Дополнительная энергия, полученная от этих частиц, позволит объяснить полученный результат. Возможно, какими-то неожиданными характеристиками обладает темная материя, основная составляющая Вселенной. И, наконец, полученный результат может свидетельствовать о неполноте теории гравитации Эйнштейна.

Ответ на вопрос о том, какой из вариантов соответствует действительности, дадут дальнейшие исследования. А авторы работы собираются продолжить наблюдения и довести точность определения постоянной Хаббла до 1%.

По материалам НАСА