Насколько быстро расширяется Вселенная?

Original author: Matt Williams
  • Translation

Команды Хаббла и Гайи объединились, чтобы провести наиболее точное измерение на сегодня




В 1920-х Эдвин Хаббл сделал революционное открытие – оказалось, что Вселенная расширяется. Изначально такое положение вещей предсказывала Общая теория относительности Эйнштейна. Скорость этого расширения получила название "постоянной Хаббла". К сегодняшнему дню с помощью современных телескопов – таких, как телескоп Хаббла – астрономы заново измерили и пересмотрели эту величину уже много раз.

Эти измерения подтвердили, что скорость расширения со временем увеличивалась, хотя учёные не уверены в том, почему. Последние измерения были проведены международной командой учёных, которые использовали данные с Хаббла, а потом сравнили их с данными, полученными на обсерватории Гайя Европейского космического агентства. В результате были получены наиболее точные измерения постоянной Хаббла на сегодняшний день, которые, однако, не сняли вопросы по поводу космического ускорения.

Исследование, описывающее эти открытия, было опубликовано в июле в журнале Astrophysical Journal под названием: «Стандарты цефеид Млечного пути для измерения космических расстояний и их применение к Гайя DR2: последствия для постоянной Хаббла». В исследовании участвовали учёные из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, Университета Джонса Хопкинса, Национального института астрофизики, Калифорнийского университета в Беркли, Техасского университета A&M и Европейской южной обсерватории.


Три этапа измерения постоянной Хаббла: измерение параллакса для цефеид, измерение галактик, содержащих цефеиды и сверхновые типа Ia, измерение удалённых галактик, содержащих сверхновые типа Ia.

С 2005 года Адам Рисс – нобелевский лауреат, работающий с Институтом исследований космоса с помощью космического телескопа и Университетов Джонса Хопкинса – работал над уточнением значения постоянной Хаббла, усиливая и улучшая процесс построения космической лестницы расстояний. Вместе со своей командой, известной как «использование сверхновой H0 для вычисления уравнения состояния» (Supernova H0 for the Equation of State, SH0ES), они успешно уменьшили погрешность измерений скорости расширения Вселенной до 2,2%.

Если подробно, то астрономы традиционно используют шкалу расстояний в астрономии, или лестницу расстояний, для измерения расстояний до дальних объектов Вселенной. Она строится на основе таких вех, как переменные звёзды цефеиды – пульсирующие звёзды, расстояние до которых можно вычислить, сравнивая их абсолютную яркость с видимой [а абсолютную яркость вычислить, исходя из периода пульсаций / прим. перев.]. Такие измерения затем сравниваются с красным смещением света, приходящим от далёких галактик, чтобы определить, насколько быстро расширяется пространство между галактиками.

Отсюда выводится и постоянная Хаббла. Ещё один метод, это наблюдение за реликтовым излучением, и отслеживание расширения ранней Вселенной — когда с Большого взрыва прошло примерно 378 000 лет – из которых при помощи физики и экстраполяции выводится современная скорость расширения. Вместе этим методы должны обеспечить график расширения Вселенной с самого начала и до сегодняшних дней.

Однако астрономы уже довольно давно знают, что два этих измерения не совпадают между собой. В предыдущем исследовании, когда Рисс с командой также проводили исследования при помощи телескопа Хаббла, они получили значение постоянной, равное 73 км/с/Мпк. Тем временем, результаты, полученные из измерений обсерватории Планк (наблюдавшей за реликтовым излучением с 2009 по 2013 года), говорят о том, что постоянная Хаббла должна равняться 67 км/с/Мпк, и уж точно не более 69 – а это расхождение на целых 9%.


Реликтовое излучение в псевдоцветах

Как отметил Рисс в недавнем пресс-релизе НАСА:
Напряжённость переросла в настоящую несовместимость нашего представления о ранней и поздней Вселенной. Встало ясно, что это уже не следствие какой-то жуткой ошибки в одном из измерений. Это похоже на то, как если бы вы предсказали рост ребёнка по графику роста людей, а потом обнаружили, что, повзрослев, он очень сильно превысил ожидания. Мы совершенно сбиты с толку.

В данном случае Рисс с коллегами использовали телескоп Хаббл для оценки яркости удалённых цефеид, а Гайя предоставила данные по параллаксу – видимому изменению местоположения объекта в зависимости от точки зрения – необходимые для определения расстояния. Ещё один вклад Гайи заключался в измерении расстояния до 50 цефеид Млечного пути, которые были скомбинированы с измерениями Хаббла.

Это позволило астрономам более точно откалибровать Цефеиды и использовать те из них, что находятся вне Млечного Пути, в качестве маркеров. Используя измерения, полученные с Хаббла и новые данные от Гайи, Рисс с коллегами смогли уточнить измеренное значение скорости расширения до 73,5 км/с/Мпк.


Спутник Гайя Европейского космического агентства в данный момент выполняет свою пятилетнюю миссию по построению карты звёзд Млечного Пути.

Стефано Казертано из Института исследований космоса с помощью космического телескопа и член команды SH0ES добавил:
Хаббл удивительно хорошо справляется с ролью обсерватории общего назначения, но Гайя – это новый стандарт калибровки расстояний. Он специально создан для измерения параллакса – его для этого разработали. Гайя даёт новые возможности по рекалибровке всех предыдущих измеренных расстояний и подтверждает нашу предыдущую работу. Мы получаем ту же самую величину для постоянной Хаббла, заменяя все предыдущие калибровки шкалы расстояний просто величинами параллаксов, полученными от Гайи. Это перекрёстная проверка двух мощнейших и точных обсерваторий.

В будущем Рисс и его команда надеются продолжать работать с Гайей, чтобы уменьшить погрешность, связанную с постоянной Хаббла, до 1% к началу 2020-х. Тем временем расхождение между современной скоростью расширения и той, что получена из данных по реликтовому излучению, будет продолжать удивлять астрономов.

В итоге это может стать признаком того, что во Вселенной работает какая-то другая физика, что тёмная материя взаимодействует с нормальной материей не так, как подозревали учёные, или, что тёмная энергия может оказаться ещё более экзотической, чем считалось ранее. Какой бы ни была причина, ясно, что у Вселенной ещё найдутся для нас сюрпризы!
AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

More
Ads

Comments 9

    0

    Спасибо, очень интересно. Честно говоря, ничего не знал про расхождение в подсчетах постоянной Хаббла.

      –2
      Интересная тема, жаль нет объяснения, как рассчитывается «уменьшенная» постоянная Хаббла на основе РИ. Сказано лишь: «отслеживание расширения ранней Вселенной — когда с Большого взрыва прошло примерно 378 000 лет – из которых при помощи физики и экстраполяции выводится современная скорость расширения.»
      В экстраполяции, конечно, учитывается уменьшение концентрации материи (тёмной, барионной, излучения) и увеличение объёма расширяющегося пространства Вселенной. То есть — снижение тормозящей силы гравитации материи и рост движущей антигравитационной силы пространства. Они сообща действуют на галактики, содержащие «стандартные свечи» — индикаторы скорости расширения Вселенной. Однако эта экстраполируемая скорость оказывается меньше расчётной из текущих наблюдений за теми же «стандартными свечами».

      Видимо, экстраполяция не приводит раннее значение скорости расширения к её современному значению. Ошибка может крыться в необъяснимо низком раннем значении скорости и/или в необъяснимо низком темпе его роста при экстраполяции. Что же может приводить к тому и другому?
      Полагаю — поглотительный механизм гравитации материи. Частицы материи не просто притягиваются между собой, они поглощают пространство, снижают его плотность и, тем самым, снижают скорость его расширения. В ранней Вселенной — в момент излучения РИ — плотность материи была высокой, отсюда — аномально низкое значение плотности пространства и скорости расширения. И это будет оказывать влияние на всём участке экстраполяции, что сказывается на получении такого итога — 67 км/с на Мпк.
        +1
        Вот это я понимаю теория — на все случаи жизни: за день до этой публикации (31.07.2018) habr.com/post/418813 «с уменьшением плотности уменьшается и скорость расширения… В далёком прошлом скорость расширения была гораздо больше, а сегодня – наименьшая.» В этой (01.08.2018) «Эти измерения подтвердили, что скорость расширения со временем увеличивалась, хотя учёные не уверены в том, почему».
        Завтра ждем — «расширение — постоянная величина», а послезавтра — «никакого расширения нет и никогда не было».
          +2
          Теория на то и теория, чтобы меняться в зависимости от полученных экспериментальных данных. А причина расхождения, похоже, просто в том, что авторы опираются на источники разной степени свежести.
            0
            На самом деле правы и там и там, просто и там и там это описано «через жопу».
            Объясняю доступным языком для читателей далеких от темы.
            Дело в том, что вселенная с самого своего рождения замедляет расширение — постоянная Хаббла с течением времени уменьшается и этому судя по всему не будет конца и именно это имелось ввиду в той другой статье. Здесь же скорее всего имелось ввиду то, что по современным данным вселенная расширяется с ускорением, но по правде говоря эти данные на столько притянуты за уши и лежат в пределах погрешности, что принимать это за факт пока еще рано(но оно уже принято), достаточно взглянуть на этот рисунок:
            image
            видно, что разница между зеленой кривой(постоянная скорость) и пурпурной(ускорение) — ничтожна, а судя по тому, что ученые годами не могут посчитать точное расстояние до отдельных звезд и постоянно ошибаются, яркий тому пример полярная звезда(между про чем очень важная звезда для калибровки расстояний), с ней и вовсе получился курьез, в том, что расстояние до нее оказалось чуть ли не на треть больше чем считалось ранее. Да и еще стоит добавить, что у зеленой кривой по умолчанию не эвклидова метрика, а псевдо эвклидова отрицательной кривизны, если же это убрать то разница с пурпурной(плоская вселенная) будет еще меньше.
            Теперь вернемся к скоростям, что же такое «замедление» или «ускорение». В случае вселенной «постоянной скорости» изменение постоянной Хаббла со временем относится как возраст вселенной сейчас к возрасту вселенной в прошлом H1/H2=T2/T1 это значит, что постоянная Хаббла функция обратно пропорциональна возрасту вселенной. Если же постоянная Хаббла будет уменьшатся быстрее чем стареет вселенная H1/H2>T2/T1 то такую вселенной называют замедляющеся, но когда H1/H2<T2/T1 то такое «торможение замедления» и называется ускоренным расширением вселенной. Еще более понятная и элегантная модель это раширяющайся сфера, если эта сфера расширяется с постоянной скоростью то отношение скорости расширения этой сферы к ее моментальному размеру v2пи/v2ПиT=1/T=H это полностью соответсвует космологическому закону Хаббла. И если такая сфера расширяется с потсоянной скоростью, то вместе с тем, что скорость удаления между двумя координатами будет зависить от расстояния(в даном случае угла), но эта скорость будет постоянна со временем, но если скорость надувания сферы будет переменной, то на одном и том же сечении угла со временем будет разная скорость удаления. Но стоит так же отметить, что в случае выше описанной модели равенство H1/H2=T2/T1 работает как и при равноускоренном так и при постоянном расширении сферы и единственным мерилом будет как раз скорость добавления нового расстояния между точками одного и того же угла
              0
              А почему решили, что Вселенная расширяется равномерно (во все стороны), не говоря уже во времени. Это очень просто объясняет погрешности.
              0
              Я так и не понял… Мы что, все умрём? :)
                0

                так или иначе :)


                вопрос в другом: сумеем ли мы до смерти узнать что-то новое?

                0

                Все супер, только одно но, придуманное расширение просто подогнали под теорию большого взрыва (сказочная физика от Гарри Потера с энергией пространства ввиде палочки).
                Свет это волна. Любая волна имеет свойство растяжения от пройденного расстояния.
                Все что говорит нам хаббл, схоже с оптической иллюзией от зеркала. Как хотим, так и понимаем.
                Даже спорить поздно о большом взрыве. ГеНиАЛьнЫЕ ученые уже собирают свои плоды. И вместо того, чтоб обсмеивать людей плоскоземельщиков или людей с прочими мнениями о мироздании, должны уже стараться в том, чтоб разобраться с ложными выводами. Это их работа. А много ли вы знаете о трехмерной элементарной частице в трехмерном пространстве, которая имеет энергию и эта энергия находится в замкнутой системе. Имеет свойство взаимодействий на расстоянии. Вы много об этом знаете? Ну конечно, вам скажут о массах и зарядах… Это их работа. Вот только мало кто задумается о действительности, как работает масса и что происходит с кривым пространством и вообще, возможно ли оно, ведь у нас есть одинаковые размеры частиц, а это говорит о планковской величине, о элементарном, что является законом для физики. Только после подобного закона (элементарного) каким образом будет работать аннигиляция и прочая сказочная дрянь?

                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.