JWST щойно виміряв швидкість розширення Всесвіту. Астрономи спантеличені

Космічний телескоп Джеймса Вебба виміряв швидкість розширення Всесвіту , і результати не дуже втішні для найбільшої кризи в космології.

Цей висновок узгоджується з вимірюваннями, зробленими космічним телескопом “Габбл”. Це означає, що в даних Хаббла немає помилки, і ми все ще знаходимося в глухому куті.

Розбіжність між різними методами вимірювання, відома як “напруженість Хаббла”, залишається незмінною – тож нам доведеться покладатися на якийсь інший спосіб з’ясувати, як швидко розширюється наш Всесвіт.

Всесвіт навколо нас може здаватися незмінним, але все, що ми бачимо, насправді віддаляється з величезною швидкістю, відомою як постійна Габбла, або H0. Невідомо, наскільки швидким є H0, оскільки різні способи її вимірювання дають різні результати.

Один із способів – дослідити реліквії раннього Всесвіту, такі як залишки світла в космічному мікрохвильовому фоні або акустичні хвилі, що застигли в часі.

Інший спосіб – це вимірювання відстаней до об’єктів з відомою власною яскравістю, таких як наднові типу Ia або змінні зорі Цефеїди, світло яких коливається з регулярністю, пов’язаною з їхньою власною яскравістю.

Вимірювання відстаней до змінних цефеїд, зроблені за допомогою Хаббла (сірий) і JWST (червоний). (NASA, ESA, CSA, J. Kang/STScI; Наука: A. Riess/STScI)

Перший метод, як правило, дає швидкість розширення близько 67 кілометрів на секунду на мегапарсек. Другий – близько 73 кілометрів на секунду на мегапарсек. Розбіжність між цими двома методами відома як напруженість Габбла.

Ці вимірювання проводилися неодноразово, що значно зменшило ймовірність помилки для кожної з оцінок. Проте залишається ймовірність того, що принаймні деякі з даних вводять в оману – особливо тому, що деякі з найкращих даних про змінні цефеїд надходять з єдиного джерела, космічного телескопа Габбл.

“[Змінні цефеїд] є золотим стандартом для вимірювання відстаней галактик, віддалених від нас на сто мільйонів і більше світлових років, що є вирішальним кроком для визначення постійної Габбла. На жаль, зірки в галактиках скупчені в невеликому просторі з нашої далекої точки спостереження, і тому нам часто не вистачає роздільної здатності, щоб відокремити їх від сусідів, що знаходяться в межах прямої видимості”, – пояснює астрофізик Адам Рісс з Наукового інституту космічних телескопів (STScI) та Університету Джона Гопкінса.

“Основним обґрунтуванням побудови космічного телескопа “Хаббл” було вирішення цієї проблеми… “Хаббл” має кращу роздільну здатність у видимому діапазоні довжин хвиль, ніж будь-який наземний телескоп, тому що він знаходиться над розмиванням, яке спричиняє земна атмосфера. Завдяки цьому він може ідентифікувати окремі змінні цефеїди в галактиках, віддалених від нас на понад сто мільйонів світлових років, і вимірювати часовий інтервал, протягом якого вони змінюють свою яскравість”.

Для того, щоб прорізати пил, який затуляє світло ближче до оптичного, ці спостереження потрібно проводити в ближньому інфрачервоному діапазоні, частині електромагнітного спектру, в якій “Хаббл” не дуже сильний. Це означає, що залишається певна невизначеність щодо отриманих ним даних.

JWST, з іншого боку, є потужним інфрачервоним телескопом, і будь-які дані, які він збирає, не підпадають під ті ж обмеження.

Діаграма, що ілюструє різницю в спостереженнях Габбла і JWST, і те, як їх поєднання дає більш достовірні результати. (NASA, ESA, J. Kang/STScI; Наука: A. Riess/STScI)

Рісс і його команда спочатку направили JWST на галактику з відомою відстанню, щоб відкалібрувати телескоп за світністю змінних цефеїд. Потім вони спостерігали цефеїди в інших галактиках. Загалом JWST зібрав спостереження 320 цефеїд, що значно зменшило шум, виявлений у спостереженнях Хаббла.

Попри те, що дані Хаббла були настільки зашумленими, дані для визначення відстаней все одно узгоджувалися зі спостереженнями JWST. Це означає, що ми не можемо виключити розрахунки H0 на основі даних Габбла; 73 кілометри на секунду на мегапарсек поки що зберігається, і людська помилка – принаймні в цьому випадку – не може пояснити напруженість Габбла.

Ми досі не знаємо, що спричиняє цю напругу. Одним з головних кандидатів є темна енергія – таємнича, неідентифікована, але, здається, фундаментальна сила, яка чинить негативний тиск, що прискорює розширення Всесвіту. З новими вимірюваннями JWST ми можемо бути лише трохи ближче до відповіді.

“Оскільки “Вебб” підтвердив вимірювання “Габбла”, вимірювання “Вебба” надають найсильніші докази того, що систематичні помилки у фотометрії цефеїд “Габбла” не відіграють значної ролі в нинішній напруженості “Габбла”,” – каже Рісс.

“В результаті, тим більше цікавих можливостей залишається на столі, і таємниця напруженості поглиблюється”.

Результати дослідження були опубліковані в The Astrophysical Journal і доступні на arXiv.