С тех пор, как астроном Эдвин Хаббл продемонстрировал, что чем дальше друг от друга находятся две галактики, тем быстрее они удаляются друг от друга, исследователи измерили скорость расширения Вселенной (постоянную Хаббла) и историю этого расширения. Недавно возникла новая загадка, поскольку, похоже, существует несоответствие между измерениями этого расширения с использованием излучения в ранней Вселенной и с использованием близлежащих объектов. Исследователи из Центра космической зари Института Нильса Бора Копенгагенского университета внесли свой вклад в эти дебаты, сосредоточив внимание на измерениях скорости. Результат опубликован в Astrophysical Journal.
Исследователи из Центра Космического Рассвета обнаружили, что измерения скорости, используемые для определения скорости расширения Вселенной, могут быть ненадежными. Как говорится в публикации, это не устраняет несоответствия, а скорее намекает на дополнительное несоответствие в составе Вселенной.
Измерение скорости расширения Вселенной
В настоящее время астрономы измеряют расширение Вселенной, используя два очень разных метода. Один основан на измерении взаимосвязи между расстоянием и скоростью ближайших галактик, а другой основан на изучении фонового излучения очень ранней Вселенной. Удивительно, но эти два подхода в настоящее время обнаруживают разные скорости расширения. Если это несоответствие реально, то следствием будет новая и довольно драматическая переинтерпретация развития Вселенной. Однако также возможно, что разница в постоянной Хаббла может быть связана с неправильными измерениями. Во Вселенной трудно измерить расстояния, поэтому многие исследования были сосредоточены на улучшении и перекалибровке измерений расстояний. Но, несмотря на это, за последние 4 года разногласия так и не разрешились.
Скорость удаленных галактик легко измерить - по крайней мере, мы так думали
В недавней научной статье исследователи из Центра Космического Рассвета теперь пытаются пролить свет на родственную проблему: измерение скорости. В зависимости от скорости, с которой отдаленный объект удаляется от нас, его свет становится более красным. С помощью этого так называемого красного смещения можно измерить скорость по спектру удаленной галактики. В отличие от измерения расстояния, до сих пор предполагалось, что скорость относительно легко измерить.
Однако, когда исследователи недавно изучили измерения расстояния и скорости от более чем 1000 сверхновых (взорвавшихся звезд), собранных за последние 25 лет, они обнаружили удивительное несоответствие в своих результатах. Альберт Снеппен, студент магистратуры Института Нильса Бора, поясняет: «Мы всегда считали, что измерение скоростей - это достаточно прямолинейный и точный процесс, но оказалось, что на самом деле мы имеем дело с двумя типами красных смещений».
Первый тип, измеряющий скорость, с которой галактика-хозяин удаляется от нас, считается самым надежным. Другой тип красного смещения вместо этого измеряет скорость вещества, выбрасываемого взорвавшейся звездой внутри галактики. Или, точнее, материя сверхновой, движущаяся к нам со скоростью в несколько процентов от скорости света (иллюстрация 1). После компенсации этого дополнительного движения можно определить красное смещение и скорость галактики-хозяина. Но эта компенсация требует точной модели взрыва. Исследователи смогли определить, что результаты этих двух разных методов приводят к двум разным историям расширения Вселенной и, следовательно, к двум разным составам.
Вещи "сломаны интересным образом?"
Значит ли это, что измерения ранней Вселенной и более новые измерения в конечном счете являются вопросом неточных измерений скорости? Вероятно, нет, говорит Бидиша Сен, один из авторов статьи. «Даже если мы используем только более надежные красные смещения, измерения сверхновых не только продолжают расходиться с постоянной Хаббла, измеренной в ранней Вселенной, - они также намекают на более общее несоответствие в отношении состава Вселенной», - говорит она.
Доцент Института Нильса Бора Чарльз Стейнхардт заинтригован этими новыми результатами. «Если мы на самом деле имеем дело с двумя разногласиями, это означает, что наша текущая модель будет «интересным образом сломана», - говорит он. - Чтобы решить две проблемы, одну относительно состава Вселенной и одну относительно скорости расширения Вселенной, требуются совсем другие физические объяснения, чем если бы мы хотели объяснить только одно несоответствие в скорости расширения."
Научная работа продолжается на Nordic Optical Telescope
С помощью Северного оптического телескопа на Гран-Канарии исследователи получают новые данные о красных смещениях родительских галактик. Когда они сравнят эти результаты с красными смещениями на основе сверхновых, они смогут увидеть, остаются ли эти два метода разными. «Мы узнали, что эти чувствительные измерения требуют точных измерений скорости, и они будут достижимы при новых наблюдениях», - объясняет Стейнхардт.