Новий аналіз даних Webb вимірює швидкість розширення Всесвіту

Ми знаємо багато речей про наш Всесвіт, але астрономи все ще сперечаються про те, наскільки швидко він розширюється. Насправді за останні два десятиліття два основних способи вимірювання цього числа, відомі як «стала Хаббла», дали різні відповіді, що змусило декого задуматися, чи не було чогось у нашій моделі того, як працює Всесвіт.

Але нові вимірювання потужного космічного телескопа Джеймса Вебба, здається, свідчать про те, що конфлікту, також відомого як «напруга Хаббла», все-таки може не бути.

У статті, поданій до The Astrophysical Journal , наразі доступній на сервері препринтів arXiv , космолог Чиказького університету Венді Фрідман та її колеги проаналізували нові дані, отримані потужним космічним телескопом Джеймса Вебба NASA. Вони виміряли відстань до 10 сусідніх галактик і виміряли нове значення швидкості, з якою Всесвіт розширюється в даний час.

Їх вимірювання, 70 кілометрів на секунду на мегапарсек, перекриває інший основний метод для постійної Хаббла.

«Грунтуючись на цих нових даних JWST і використовуючи три незалежні методи, ми не знаходимо вагомих доказів напруги Хаббла», — сказав Фрідман, відомий астроном і професор астрономії та астрофізики Університету Джона і Меріон Салліван в Чиказькому університеті. «Навпаки, схоже, що наша стандартна космологічна модель для пояснення еволюції Всесвіту витримує».

Напруга Хаббла?

Ми знаємо, що Всесвіт розширюється з часом ще з 1929 року, коли випускник університету Чикаго Едвін Хаббл (SB 1910, доктор філософії 1917) провів вимірювання зірок, які показали, що найвіддаленіші галактики віддаляються від Землі швидше, ніж сусідні галактики. Але було напрочуд важко визначити точне число того, наскільки швидко Всесвіт розширюється в даний час.

Це число, відоме як стала Хаббла, має важливе значення для розуміння передісторії Всесвіту. Це ключова частина нашої моделі того, як Всесвіт розвивається з часом.

«Підтвердження реальності постійної напруги Хаббла матиме значні наслідки як для фундаментальної фізики, так і для сучасної космології», — пояснив Фрідман.

Враховуючи важливість і складність проведення цих вимірювань, вчені перевіряють їх різними методами, щоб переконатися, що вони максимально точні.

Один з основних підходів передбачає вивчення залишкового світла від наслідків Великого вибуху, відомого як космічний мікрохвильовий фон. Поточна найкраща оцінка постійної Хаббла за допомогою цього методу, яка є дуже точною, становить 67,4 кілометрів на секунду на мегапарсек.

Другим основним методом, на якому спеціалізується Фрідмен, є вимірювання розширення галактик у нашому локальному космічному сусідстві безпосередньо, використовуючи зірки, яскравість яких відома. Подібно до того, як автомобільні вогні виглядають тьмянішими, коли вони знаходяться далеко, на все більших і більших відстанях зірки здаються все тьмянішими. Вимірювання відстаней і швидкості, з якою галактики віддаляються від нас, показує нам, наскільки швидко розширюється Всесвіт.

У минулому вимірювання за допомогою цього методу давали більшу кількість сталої Хаббла — близько 74 кілометрів на секунду на мегапарсек.

Ця різниця досить велика, тому деякі вчені припускають, що в нашій стандартній моделі еволюції Всесвіту може бути втрачено щось суттєве. Наприклад, оскільки один метод розглядає найдавніші дні Всесвіту, а інший розглядає поточну епоху, можливо, щось велике змінилося у Всесвіті з часом. Ця очевидна невідповідність стала відомою як «напруга Хаббла».

Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) пропонує людству новий потужний інструмент для заглядання в глибокий космос. Запущений у 2021 році наступник телескопа Хаббла зробив неймовірно чіткі зображення, відкрив нові аспекти далеких світів і зібрав безпрецедентні дані, відкриваючи нові вікна у Всесвіті.

Фрідман та її колеги використовували телескоп, щоб провести вимірювання десяти сусідніх галактик, які є основою для вимірювання швидкості розширення Всесвіту.

Для перехресної перевірки своїх результатів вони використали три незалежні методи. Перший використовує тип зірки, відомий як змінна зоря цефеїда, яскравість якої з часом змінюється передбачувано. Другий метод відомий як «кінчик гілки червоного гіганта» і використовує той факт, що зірки з малою масою досягають фіксованої верхньої межі своєї яскравості.

Третій і найновіший метод використовує тип зірок, які називаються вуглецевими зірками, які мають постійні кольори та яскравість у ближньому інфрачервоному спектрі світла. Новий аналіз є першим, який використовує всі три методи одночасно в межах одних галактик.

У кожному випадку значення були в межах похибки для значення, отриманого методом космічного мікрохвильового фону, 67,4 кілометрів на секунду на мегапарсек.

«Отримання хорошої згоди від трьох абсолютно різних типів зірок для нас є сильним показником того, що ми на правильному шляху», — сказав Фрідман.

«Майбутні спостереження за допомогою JWST будуть критично важливі для підтвердження або спростування напруги Хаббла та оцінки наслідків для космології», — сказав співавтор дослідження Баррі Мадоре з Наукового інституту Карнегі та викладач Чиказького університету.