Анализируя несколько изображений далекого звездного взрыва, астрономы получили новое измерение, которое может еще больше усложнить понимание расширения Вселенной. А число, которое получилось в результате расчетов, кажется каким-то странно знакомым. Ученые говорят, что к новым данным надо отнестись очень серьезно.
Вселенная расширяется. Это точно известно астрономам. Что по-прежнему вызывает споры, так это то, насколько быстро происходит расширение. На протяжении десятилетий различные методы измерения скорости расширения Вселенной, также известной как постоянная Хаббла или H0, давали разные значения.
Новый анализ сверхновой дает важный новый результат для H0. Используя метод космографии с временной задержкой со вспышкой сверхновой Рефсдала, группа астрономов сообщила в журнале Science значение H0, равное 66,6 + 4,1 – 3,3 км/с/Мпк. Это сопоставимо со значениями 70-74 км/с/Мпк, полученными в результате измерений таких стандартных объектов, как сверхновые типа Ia и пульсирующие красные звезды-гиганты, называемые цефеидами, которые имеют известную светимость, что позволяет астрономам определять их расстояние от Земли, измеряя, как яркие объекты появляются. С другой стороны, измерения H0, сделанные с использованием космического микроволнового фонового (CMB) излучения ранней Вселенной, дают скорость около 67 км/с/Мпк.
Хотя новое измерение временной задержки ближе к значению реликтового излучения, все еще остается достаточно места для маневра для согласования со стандартными измерениями. «Измерение постоянной Хаббла с использованием множества различных методов – это способ, которым мы в конечном итоге убедимся, что было сделано точное измерение», говорит не участвовавшая в исследовании космолог-наблюдатель из Чикагского университета Венди Фридман.
Космография с временной задержкой была впервые предложена в 1960-х годах норвежским астрофизиком Сюром Рефсдалом, тезкой недавно проанализированной сверхновой звезды. Находясь на одной линии с удаленным объектом, например сверхновой, массивная галактика или скопление галактик на переднем плане искажает свет объекта за счет сильного гравитационного линзирования. В результате свет движется по галактике разными путями, и объект представляется наблюдателям множественными изображениями. Рефсдал понял, что, измеряя разницу во времени прибытия фотонов на соответствующих изображениях, астрономы могут найти абсолютное расстояние между галактикой и объектом, который она линзирует.
Это расстояние, а также мера скорости по красному смещению позволили бы рассчитать H0 с большой точностью. Ранее коллаборация H0LiCOW (линзы H0 в Wellspring COSMOGRAIL; аббревиатуру можно перевести на русский как распространенное английское выражение большого удивления «Святая корова!») использовала квазары с гравитационными линзами для измерения H0. Последний результат этого сотрудничества – значение около 73 км/с/Мпк, что согласуется со стандартными измерениями.
Группа астрономов из Калифорнийского университета в Беркли впервые обнаружила несколько изображений сверхновой Рефсдала в 2014 году во время исследования сверхновых с гравитационными линзами. Чуть больше года спустя появилось еще одно изображение сверхновой, расположенной примерно в 14 миллиардах световых лет от Земли.
Патрик Келли, астроном из Университета Миннесоты, входивший в группу, открывшую сверхновую, когда он был докторантом, и его коллеги использовали временную задержку для расчета углового расстояния между сверхновой и скоплением галактик на переднем плане, которое действовало как гравитационная линза. Исследователи смоделировали распределение массы скопления галактик, которое состоит в основном из темной материи, чтобы помочь определить путь, по которому проходит линзовый свет, и, следовательно, расстояние до сверхновой. Наконец, после использования красного смещения для определения скорости сверхновой относительно Земли команда смогла получить значение H0. «Это независимое измерение постоянной Хаббла», говорит Келли.
Новизна этого последнего измерения постоянной Хаббла означает, что, возможно, существуют источники неопределенности, которые еще не идентифицированы. Неопределенности, связанные с методом линзирования, полностью отличаются от тех, которые присущи стандартным измерениям. Пока не будут проведены дополнительные измерения с другими линзовыми сверхновыми, исследователи не могут быть уверены, какие систематические погрешности имеют место.
К расхождению в значениях H0 следует относиться серьезно, говорит Роджер Блэндфорд, астрофизик из Стэнфордского университета, не участвовавший в новом исследовании. По его словам, измерения были выполнены высококвалифицированными группами ученых, которые вложили много усилий в свои исследования. «Это не отменяет необходимости понимать, что происходит в этих других измерениях», добавляет он.
Есть шанс, что это несоответствие не ошибка, а реальность Вселенной. Данные реликтового излучения представляют собой карту Вселенной примерно через 400 тыс. лет после Большого взрыва. Между тем, стандартные измерения H0 являются прямыми измерениями скорости расширения гораздо более поздней Вселенной. Фридман говорит, что, возможно, оба значения верны и что скорость расширения Вселенной менялась с течением времени. «Либо мы в конечном итоге обнаружим, что согласны с космическим микроволновым фоном, либо – что разница действительно реальна», говорит Фридман. «Так или иначе, это важный результат».
Разрешение «напряженности Хаббла» потребует будущих наблюдений, вероятно, с использованием более мощных инструментов. Фридман говорит, что ее группа использует данные космического телескопа Джеймса Уэбба для проведения стандартных измерений с цефеидами, а также с двумя другими классами небесных объектов. «Разрешение телескопа просто фантастическое, – говорит она. «Это почти ночь и день, когда мы сравниваем данные, которые можно получить с помощью Хаббла, с тем, что JWST теперь привнесет в эту проблему». Новый телескоп также будет наблюдать за другой сверхновой, метко названной H0pe (Надежда), что позволит провести еще одно космографическое измерение постоянной Хаббла с временной задержкой.
