У ранньому Всесвіті час біг у 5 разів повільніше

Через особливий вплив швидкості на видимість плину часу, наші спостереження змушують нас думати, що коли Всесвіт був ще зовсім молодим, час йшов повільніше.

Принаймні, так нам здається з відстані майже 13 мільярдів років від нас, коли ми подорожуємо зі швидкістю світла. Це явище називається уповільненням часу, і астрофізик Джерант Льюїс з Сіднейського університету в Австралії та статистик Брендон Брюер з Оклендського університету вперше побачили його в ранньому Всесвіті, вивчаючи флуктуації яскравих галактик, які називаються квазарними галактиками, під час Космічного світанку.

Вони виявили, що через прискорення розширення Всесвіту ми бачимо, як ці флуктуації розгортаються зі швидкістю в п’ять разів повільніше, ніж якби вони відбувалися поблизу.

Це найвіддаленіше спостереження уповільнення часу, яке ми коли-небудь бачили в дії, і воно вирішує кілька проблем. Воно показує, що квазари узгоджуються з ефектом над величезними проваллями простору-часу, а це означає, що вони не тільки узгоджуються зі стандартною моделлю космології, але й ми можемо враховувати уповільнення часу в дослідженнях їхньої поведінки.

“Озираючись на часи, коли Всесвіту було трохи більше мільярда років, ми бачимо, що час тече в п’ять разів повільніше”, – пояснює Льюїс.

“Якби ви були там, у цьому немовлячому Всесвіті, одна секунда здалася б однією секундою – але з нашої позиції, через понад 12 мільярдів років у майбутньому, цей ранній час здається таким довгим”.

Хоча це не дуже помітно в нашому повсякденному житті, простір і час у Всесвіті нерозривно пов’язані. Саме так ми можемо спостерігати прискорення розширення Всесвіту. Світло з набагато більших відстаней розтягується в міру розширення простору, зміщуючись у бік довших, червоніших хвиль тим більше, чим більше віддалене джерело.

Цей ефект називається ефектом Доплера, і його можна спостерігати і тут, на Землі. Подумайте про те, як звук сирени швидкої допомоги розтягується, коли вона від’їжджає від вас.

У цій аналогії швидка допомога стає далекою галактикою, а світло – сиреною. У джерелі випромінювання нормальне, але з нашої перспективи воно стає розтягнутим.

Щось подібне має відбуватися – і відбувається – з часом, як ми бачили у вибухах наднових приблизно на півдорозі спостережуваного Всесвіту.

Для нас час тече нормально. Для того, хто перебуває поблизу вибуху наднової, час також тече нормально. Але через відносну швидкість між двома точками, нам здається, що вибух наднової відбувається в сповільненому темпі.

Було передбачено, що квазари в ранньому Всесвіті мали б демонструвати подібний ефект, але вони відрізняються від наднових об’єктів. Квазари – це галактики, які мають у своєму центрі надмасивну чорну діру, що активно живиться. Процес живлення виробляє багато світла, оскільки матеріал навколо чорної діри нагрівається, мерехтячи від турбулентності.

“Якщо наднові діють як єдиний спалах світла, що полегшує їх вивчення, то квазари більш складні, як безперервний феєрверк”, – каже Льюїс. “Ми розгадали цей феєрверк, показавши, що квазари теж можна використовувати як стандартні маркери часу для раннього Всесвіту”.

Льюїс і Брюер вивчили вибірку зі 190 квазарів, що виникли між 2,45 і 12,17 мільярдами років тому (Великий вибух стався 13,8 мільярдів років тому), отримавши дані в різних діапазонах довжин хвиль за період у два десятиліття. Вони мали близько 200 спостережень для кожного квазара, що дозволило детально реконструювати їхні флуктуації.

Раніше вчені вважали, що змінність квазарів не демонструє ефекту уповільнення часу, але вибірки були невеликими і спостерігалися протягом набагато коротшого періоду часу.

Значно збільшивши як кількість квазарів, так і тривалість спостережень, дослідники виявили, що вони дійсно мерехтять в уповільненому темпі, порівняно з більш пізніми квазарами.

“Попередні дослідження змусили людей замислитися над тим, чи є квазари справді космологічними об’єктами, або навіть над тим, чи правильна ідея розширення космосу”, – говорить Льюїс. “Однак завдяки цим новим даним і аналізу ми змогли знайти невловиму особливість квазарів, і вони поводяться саме так, як пророкує теорія відносності Ейнштейна”.