Улучшенная постоянная Хаббла указывает на новую физику вселенной
Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 27.05.2018

Scroll to top

Top

3 комментария

Улучшенная постоянная Хаббла указывает на новую физику вселенной

Улучшенная постоянная Хаббла указывает на новую физику вселенной
shortstoryf

С помощью космического телескопа «Хаббл» астрономы в очередной раз совершили самые точные измерения скорости расширения вселенной. Интересно в этих исследованиях то, что их результаты вынуждают учёных предполагать, что они наблюдают доказательство чего-то неожиданного, что действует во вселенной.

А всё потому, что последнее открытие «Хаббла» подтверждает мучающее научное сообщество предположение о том, что сейчас вселенная расширяется быстрее, чем выходило по первоначальным расчётам. Исследователи говорят, что для объяснения этого несоответствия необходимо вводить некую новую физику.

«Научное сообщество действительно очень нуждается в понимании значения этого несоответствия», — Адам Рисс, ведущий исследователь по теме и лауреат Нобелевской премии из Института исследования космоса с помощью космического телескопа.

Рисс и его команда работал с космическим телескопом «Хаббл» на протяжении шести лет. И всё это время они уточняли измерения расстояний до галактик, используя их звёзды в качестве маркеров. Эти исследования используются для того, чтобы вычислить, как быстро вселенная расширяется со временем. Это значение известно как постоянная «Хаббла». Проведённое исследование уникально тем, что в нём анализировались звёзды на расстояниях в десять раз больших, чем во всех предыдущих работах.

Но значение, которое получил Рисс укрепляет несоответствие по сравнению с ожидаемым значением, которое получено по наблюдениям за расширением ранней вселенной, то есть спустя 378000 лет после Большого Взрыва. Сейчас общепринято, что именно в результате этого события возникла вселенная 13.8 миллиарда лет назад. Измерения по ранней вселенной проводил космический аппарат «Планк» Европейского Космического Агентства, он же создал карту распределения космического микроволнового фона — пережитка Большого Взрыва. Различия между этими двумя значениями составляют примерно 9 процентов. Новые измерения «Хаббла» даже снизили вероятность ошибки возникновения несоответствия до отношения 1 к 5000.

Галактика цефеиды

Эта иллюстрация показывает, как астрономы в три шага измеряли скорость расширения вселенной (постоянной Хаббла), уменьшив общую неопределённость до 2.3 процента. Источник: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)

Результаты «Планка» показали, что постоянная Хаббла теперь должна составлять 67 километров в секунду на мегапарсек. Это означает, что на каждые 3.3 миллиона световых лет от нас скорость галактик увеличивается на 67 километров в секунду. Но команда Рисса получила значение 73 километра в секунду на мегапарсек, что указывает на более быстрое перемещение галактик, чем это выходило по наблюдениям за ранней вселенной. Данные «Хаббла» настолько точны, что астрономы не могут принять такой разрыв между измерениями за какую-то ошибку в методе исследования.

«Оба результата были многократно проверены, мы просто не можем получить серию не связанных ошибок. Всё больше и больше вероятность того, что это не ошибка, а особенность вселенной».

Объяснение странного несоответствия

Рисс в общих чертах обрисовал несколько возможных объяснений этому несоответствию, и все они связаны с 95-ю процентами вселенной, которая для нас скрыта во мраке. По одной версии тёмная энергия, которая, как сейчас известно, ускоряет космическое пространство, может расталкивать галактики друг от друга с ещё большей, или растущей, силой. Это означает, что само ускорение не может иметь постоянного значения во вселенной, но изменяется в течение длительного времени. Стоит отметить, что Рисс получил в 1998 году Нобелевскую премию как раз за открытие расширяющейся Вселенной.

Другая идея состоит в том, что вселенная содержит новую субатомную частицу, которая перемещается со скоростью, близкой к скорости света. Такие частицы в общем называют тёмным излучением, к ним относят известные ранее нейтрино, которые создаются в ядерных реакциях и при радиоактивных распадах. В отличие от нормального нейтрино, которое взаимодействует посредством субатомной силы, эта новая частица ощущает только воздействие гравитационной силы, поэтому её называют стерильным нейтрино. Ещё одна возможность, которая привлекает исследователей, состоит в том, что тёмная материя (невидимая форма материи, не состоящая из протонов, нейтронов и электронов) сильнее взаимодействует с нормальной материей или излучением, чем ранее предполагалось.

Галактики NGC 3972 NGC 1015

На этом изображении показаны две из 19 галактик, проанализированных в проекте уточнения постоянной Хаббла. NGC 3972 слева, NGC 1015 справа, они расположились на расстоянии 65 миллионов и 118 миллионов световых лет соответственно. Жёлтые круги в каждой галактике показывают положение пульсирующих звёзд класса цефеид. Источник: NASA, ESA, A. Riess (STScI/JHU)

У всех этих сценариев есть одно общее: любой из них подразумевает изменение состояния ранней вселенной, что неизбежно приведёт к несоответствиям в теоретических моделях. Эти несоответствия привели бы к неправильной постоянной Хаббла, которая получена именно из наблюдений за молодым космосом. Это значение тогда противоречило бы числу, полученному по наблюдениям «Хаббла».

У Рисса и его коллег нет ещё ответов на эту животрепещущую проблему, но его команда продолжает работать над уточнением темпа расширения вселенной. Уже сейчас команде учёных удалось уточнить неопределённость 2.3 процента. До запуска «Хаббла» в 1990 году оценка постоянной Хаббла варьировалась в два раза. Одна из основных целей телескопа как раз и состояла в том, чтобы помочь астрономам сократить значение этой неопределённости к погрешности не более десяти процентов. С 2005 года группа была в поисках усовершенствования этой точности до тех значений, которые наверняка позволят лучше понимать поведение вселенной.

Надёжная шкала расстояний

Команда Рисса преуспела в уточнении значения постоянной Хаббла, оптимизировав и укрепив правильность своеобразной космической «лестницы» расстояний, которую астрономы используют, чтобы измерить точные расстояния до галактик, как близких к Земле, так и удалённых. Исследователи сравнили эти расстояния с расширением космического пространства, которое измеряется по удлинению волны света разлетающихся галактик. После этого удалось использовать видимую скорость разбегания галактик на каждом расстоянии, чтобы вычислить эту постоянную.

Но получить значение этой константы можно так точно, насколько позволяет точность измерений. Астрономы не могут воспользоваться линейкой, чтобы точно измерить расстояния между галактиками. Вместо этого был выбран специальный класс звёзд и сверхновых в качестве критериев и маркеров, соответствующих различным расстояниям.

Среди самых надёжных звёзд для более коротких расстояний выделяют цефеиды — пульсирующие звёзды, которые периодически увеличивают и уменьшают свою светимость. А сама их светимость соответствует их внутренней яркости. Поэтому легко можно вывести расстояния, на которых они расположились от нас, сравнив их собственную светимость с видимой.

Астроном Генриетта Суон Ливитт была первой, кто поняла полезность переменных цефеид для измерения расстояния во вселенной. Произошло это более ста лет назад в 1913 году. Но надо было сделать первый шаг и измерить точное расстояние до самой цефеиды. Для этого использовался основной геометрический метод в астрономии под названием параллакс. Параллакс — видимое изменение позиции объекта в зависимости от изменения точки расположения наблюдателя. Этот метод был изобретён древними греками, которые использовали его, чтобы измерить расстояние от Земли до Луны.

Самые свежие результаты «Хаббла» основываются на измерениях параллакса восьми цефеид, находящихся в Млечном Пути. Интересно здесь то, что эти звёзды расположены в десять раз дальше всех остальных, по данным которых измерялись расстояния. Они, также, пульсируют с большими интервалами, совсем как цефеиды, наблюдаемые в отдалённых галактиках и являющиеся другим надёжным критерием измерения расстояния — сверхновыми типа Ia. Сверхновые этого типа всегда взрываются с одинаковой светимостью и всегда достаточно ярки, чтобы их можно было заметить на больших расстояниях. В предыдущих исследованиях «Хаббл» изучал переменные цефеиды на расстояниях от 300 до 1600 световых лет от Земли.

Сканирование звёзд

Чтобы с помощью «Хаббла» измерить параллакс, исследователи должны измерить крошечные видимые отклонения цефеид по мере того, как Земля движется вокруг Солнца. Тогда, при смещении нашей планеты в сторону, изучаема\ цефеида будет отклоняться в сторону на фоне более удалённых объектов. Причём, это отклонение имеет значение в 1/100 размера пикселя телескопа, который за ним наблюдает. Это то же самое, что и попытаться изучить истинный размер песчинки, находясь от неё на расстоянии в 200 километров.

Поэтому, чтобы гарантировать точность измерений, астрономы разработали интересный метод, осуществление которого и не предполагалось во время запуска «Хаббла». Исследователи изобрели метод сканирования, при котором телескоп измерял позицию звезды тысячу раз в минуту каждый шесть месяцев в течение четырёх лет.

Затем была откалибрована истинная яркость восьми медленно пульсирующих звёзд и коррелировала с их более далёкими родственниками, чтобы ещё больше сократить погрешность лестницы расстояний. После исследователи сравнили яркость цефеид и сверхновых в галактиках с большей точностью, таким образом, они могли более точно измерить истинную яркость звёзд и вычислить расстояния до сотен сверхновых с ещё большей точностью.

Другое преимущество этого исследования состоит в том, что с помощью всё той же камеры WFC3 команда сумела откалибровать яркости соседних цефеид и объектов в других галактиках, устранив, таким образом, систематические ошибки, которые почти неизбежно возникают в результате объединения данных от разных телескопов.

«Обычно, если каждые шесть месяцев вы пытаетесь отследить изменение позиции одной звезды относительно другой на таких больших расстояниях, вы ограничены возможностью понимания того, где точно расположена эта звезда. Наш метод позволяет измерить чрезвычайно крошечные смещения из-за параллакса. Мы измеряем разделение между двумя звёздами не только по одному пикселю на камере, но много тысяч раз, уменьшая ошибки сканирования».

Цель команды заключается в том, чтобы со временем ещё больше уменьшить неопределённость, но уже с использованием данных «Хаббла» и космической обсерватории «Гайя», которая измеряет позиции и расстояния до миллионов звёзд с беспрецедентной точностью. Предполагается, что именно тогда и удастся диагностировать причину этого несоответствия.

Результаты работы были приняты к публикации в The Astrophysical Journal.

По информации НАСА.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Comments

  1. Изменились параметры нейтрино, уменьшился атом водорода и вообще Создатель запустил процесс перезагрузки Вселенной. Мы этого возможно и не заметим, так как находимся внутри, а снаружи это хорошо видно.

  2. «результаты вынуждают учёных предполагать, что они наблюдают доказательство чего-то неожиданного, что действует во вселенной.»
    И «По одной версии тёмная энергия, которая, как сейчас известно!!!, ускоряет космическое пространство, может расталкивать галактики друг от друга с ещё большей, или растущей, силой. Это означает, что само ускорение не может иметь постоянного значения во вселенной, но изменяется в течение длительного времени.»
    Тёмная энергия-не ускоряет, а заставляет ВСЁ держаться вместе. Когда её влияние ослабевает, ВСЁ начинает разлетаться с ускорением! Так как,-это ВСЁ и создано самой Тёмной энергией, состоявшей из трёх энергетических сил с отрицательной!! составляющей!
    Поэтому, уже вся Вселенная (то, что мы видим) уже заканчивает своё освобождение (скоро звёзды в известных всем созвездиях начнут «гулять» по небу).))
    То, что мы увидим в красках (начиная в самое ближайшее время) и будет телом новой Вселенной. Единой вместе с человеком!)

  3. Красное смещение — это всего лишь потеря энергии фотонов при прохождении через пространство Вселенной. Чем дальше звезда (галактика), тем больше потери энергии, тем больше красное смещение. Постоянная Хабла — это коэффициент, связанный с потерей энергии фотона. Ученые! Успокойтесь. Ничто никуда не расширяется. Вселенная стационарна.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google