[Webb][Hubble][NGC5468] Уэбб и Хаббл подтверждают скорость расширения Вселенной, но загадка остается

 

esawebb.org, научный релиз weic2408, 11 марта 2024 года

Темп, с которым расширяется Вселенная, (постоянная Хаббла), является одним из фундаментальных параметров понимания эволюции и конечной судьбы космоса. Однако,  наблюдается постоянное расхождение, (растяжение Хаббла), между значением константы, измеренным с помощью широкого спектра независимых индикаторов расстояния, и ее предсказанным значением на основе послесвечения Большого взрыва. Телескоп NASA/ESA/CSA Джеймса Уэбба подтвердил, что острое зрение телескопа Хаббла было правильным с самого начала, устранив любые оставшиеся сомнения в его измерениях.

Одним из научных обоснований для создания космического телескопа NASA/ESA Хаббл было использование его наблюдательной мощности для точного определения скорости расширения Вселенной. До запуска Хаббла в 1990 году наблюдения с земных телескопов давали огромные неопределенности. В зависимости от полученных значений скорости расширения, Вселенная могла быть возрастом от 10 до 20 миллиардов лет. За последние 34 года Хаббл сократил этот показатель до точности менее одного процента, получив значение возраста в 13.8 миллиардов лет, что было достигнуто путем уточнения так называемой "космической шкалы расстояний"- измерением важных промежуточных маркеров, известных как переменные звезды Цефеиды.

Однако, значение Хаббла не согласуется с другими измерениями, которые предполагают, что Вселенная расширялась быстрее сразу после Большого взрыва. Эти наблюдения были сделаны спутником ESA Planck, создающим карту космического микроволнового фонового излучения — буквально, чертеж того, как развивалась структура Вселенной после Большого Взрыва и охлаждения.

Проще было бы сказать, что, возможно, наблюдения Хаббла неверны из-за какой-то неточности, вкравшейся в его измерения, но затем появился космический телескоп Джеймса Уэбба, позволивший астрономам перепроверить результаты Хаббла. Инфракрасные наблюдения Уэбба по Цефеидам согласовались с данными Хаббла в видимом свете. Уэбб подтвердил, что острое зрение телескопа Хаббла было правильным с самого начала, развеяв все оставшиеся сомнения относительно его измерений.

В итоге так называемое напряжение Хаббла между происходящим в ближней Вселенной по сравнению с расширением ранней Вселенной остается мучительной загадкой для космологов. Возможно, в ткани пространства заключено то, чего мы пока не понимаем.

Требует ли разрешение этого расхождения новой физики? Или это результат ошибок измерений между двумя разными методами, используемыми для определения скорости расширения пространства?

Телескопы Хаббл и Уэбб теперь совместно произвели окончательные измерения, укрепив мнение о том, что на скорость расширения оказывает влияние что-то иное, не ошибки измерений.

"С учетом того, что ошибки измерений исключены, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную," сказал Адам Рисс, физик из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе. Рисс получил Нобелевскую премию за совместное открытие того факта, что расширение Вселенной ускоряется из-за загадочного явления, теперь называемого "темной энергией".

Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI)

В качестве перекрестной проверки, первоначальное наблюдение Уэбба в 2023 году подтвердило, что измерения Хаббла расширяющейся Вселенной были точны. Однако, надеясь разрешить растяжение Хаббла, некоторые ученые предполагали, что незамеченные ошибки в измерении могут увеличиваться и становиться видимыми по мере того, как мы заглядываем глубже во Вселенную. В частности, скопления звезд могут систематически влиять на измерения яркости более далеких звезд.

Команда SH0ES ("Сверхновые H0 для уравнения состояния темной энергии"), возглавляемая Риссом, получила дополнительные наблюдения с помощью Уэбба по цефеидам, которые являются критическими космическими маркерами, и которые теперь могут быть скоррелированы с данными Хаббла.

"Мы теперь охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и мы можем с очень высокой уверенностью исключить ошибку измерения как причину растяжение Хаббла", - сказал Рисс.

Первые несколько наблюдений команды Уэбба в 2023 году успешно показали, что Хаббл был на правильном пути, твердо устанавливая достоверность первых ступеней так называемой космической шкалы расстояний.

Астрономы используют различные методы для измерения относительных расстояний во Вселенной в зависимости от наблюдаемого объекта. В совокупности эти техники известны как космическая шкала расстояний — каждая ступень или метод измерения зависит от предыдущего шага для калибровки.

Некоторые астрономы предполагали, что двигаясь дальше по "второй ступени", космическая шкала расстояний может стать шаткой, если измерения Цефеид станут менее точными с расстоянием. Такие неточности могут возникнуть из-за того, что свет Цефеиды может смешиваться со светом соседней звезды — эффект, который может становиться более заметным с линейным расстоянием, поскольку звезды становится труднее разрешать с уменьшением угловых расстояний между ними.

Наблюдательная проблема заключается в том, что прошлые изображения Хаббла этих более далеких переменных Цефеид выглядят более скученными и перекрывающимися с соседними звездами на все больших расстояниях между нами и их родительскими галактиками, требуя тщательного учета этого эффекта. Промежуточная пыль дополнительно усложняет уверенность измерений в видимом свете. Уэбб прорезает сквозь пыль и естественно изолирует Цефеиды от соседних звезд, поскольку его видение острее, чем у Хаббла, в инфракрасных диапазонах.

Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI)

"Комбинирование Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаружили, что измерения Хаббла остаются надежными, когда мы поднимаемся дальше по космической шкале расстояний," сказал Рисс.

Новые наблюдения Уэбба включают пять родительских галактик восьми сверхновых типа Ia, содержащих в общей сложности 1000 Цефеид, и включают самую далекую галактику, где Цефеиды были хорошо измерены — NGC 5468, на расстоянии 130 миллионов световых лет. "Результаты охватывают весь диапазон, где мы делали измерения с помощью Хаббла. Таким образом, мы дошли до конца второй ступени космической шкалы расстояний," сказал соавтор Гагандип Ананд из Института космического телескопа в Балтиморе, который управляет телескопами Уэбб и Хаббл для НАСА.

Подтверждения растяжения Хаббла совместными наблюдениями с помощью телескопов Хаббл и Уэбб предоставляют возможность и другим обсерваториям разрешить эту загадку - включая готовящийся к запуску Космический телескоп Нэнси Грейс Роман от НАСА и недавно запущенную миссию Евклид от ЕКА.

В настоящее время кажется, что космическая шкала расстояний, наблюдаемая Хабблом и Уэббом, надежно закреплена на одном берегу реки, а послесвечение Большого взрыва, наблюдаемое Планком с начала Вселенной, надежно закреплено на другой стороне. Как изменялось расширение Вселенной в миллиардах лет между этими двумя конечными точками, еще только предстоит непосредственно наблюдать. "Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы что-то в понимании того, как соединить начало Вселенной и настоящее время," сказал Рисс.

Эти результаты были опубликованы в номере от 6 февраля 2024 года журнала "The Astrophysical Journal Letters".

• ссылка на научную статью
• ссылка на объект: 14 06 34.891 -05 27 10.72
• объект в Аладине: