Космический спор разрешен? «Джеймс Уэбб» уточнил постоянную Хаббла и скорость Вселенной

Вселенная — это не просто необъятное пространство, усыпанное звездами. Это динамичная, постоянно меняющаяся система, и один из ключевых вопросов, который десятилетиями не давал покоя астрономам, — с какой скоростью она расширяется? Казалось бы, простой вопрос, но ответ на него оказался настоящим камнем преткновения, породившим то, что называют «кризисом в космологии». Однако новейшие данные, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», похоже, вносят долгожданную ясность, намекая, что паниковать, возможно, рано.

Так в чем же загвоздка, или два взгляда на одну Вселенную

Представьте, что вы пытаетесь измерить скорость растущего организма. Можно посмотреть на его «детские фотографии» и, зная законы роста, предсказать текущие размеры и скорость. А можно взять рулетку и измерить его прямо сейчас. В космологии примерно так и обстоят дела с измерением скорости расширения, описываемой постоянной Хаббла.

Первый подход — это взгляд в далекое прошлое. Ученые анализируют реликтовое излучение (космическое микроволновое фоновое излучение) — своего рода «эхо» Большого Взрыва, оставшееся с тех времен, когда Вселенной было всего несколько сотен тысяч лет. Это как раз та самая «детская фотография». На основе этих данных и Стандартной космологической модели (нашего лучшего на сегодня описания Вселенной) можно рассчитать, какой должна быть скорость расширения сейчас.

Второй подход — это прямые измерения в «наше время», в относительно близких уголках Вселенной. Тут астрономы, и среди них одна из ведущих мировых экспертов, профессор Венди Фридман из Чикагского университета, используют так называемые «стандартные свечи». Это объекты, чья истинная светимость хорошо известна. Самые знаменитые из них — сверхновые типа Ia. Эти космические катаклизмы — взрывы белых карликов — всегда достигают примерно одинаковой пиковой яркости. Измеряя их видимую яркость, можно рассчитать расстояние до них, а по смещению спектральных линий — скорость удаления. Профессор Фридман также активно работала с другими «маяками» — красными гигантами и углеродными звездами.

И вот тут-то и крылась проблема. Значения постоянной Хаббла, полученные этими двумя методами, упорно не сходились! Данные по реликтовому излучению давали одно значение (примерно 67,4 км/с на мегапарсек), а локальные измерения — другое, заметно большее (в районе 70-74 км/с на мегапарсек). Мегапарсек, к слову, это серьезное расстояние — примерно 3.26 миллиона световых лет. Разница может показаться небольшой, но для космологии это принципиально. Ведь если оба метода верны, значит, в нашем понимании Вселенной есть фундаментальный пробел! Возможно, Стандартная модель неполна, или существует какая-то «новая физика», влияющая на расширение.

Пыль, сомнения и точность до пикселя

Почему же так сложно измерить что-то в нашем «космическом дворе»? Как ни странно, смотреть в прошлое оказывается даже проще. Локальные измерения — это ювелирная работа. Во-первых, космическая пыль. Она, как туман, поглощает и рассеивает свет, занижая видимую яркость звезд и, следовательно, влияя на оценку расстояний. Во-вторых, нужно вносить поправки на возможные изменения светимости самих «стандартных свечей» с течением времени. Наконец, даже самые совершенные инструменты имеют свои погрешности.

И вот тут-то на сцену и выходит герой нашего рассказа — космический телескоп «Джеймс Уэбб». Почему он так важен? Представьте, что вы пытаетесь разглядеть что-то сквозь густой туман. «Уэбб» с его инфракрасными «глазами» видит сквозь космическую пыль, как тепловизор — сквозь дым. Это позволяет ему не только заглядывать дальше, но и получать куда более четкие «снимки» отдельных звезд, которые раньше сливались в размытое пятно для его предшественника, «Хаббла». Разрешение «Уэбба» примерно в четыре раза выше, а чувствительность — в десять раз! Это как перейти от старенького мобильного телефона к профессиональной фотокамере.

Новые данные — старая модель все еще в силе?

Команда Венди Фридман, используя объединенные данные «Хаббла» и свежие, кристально чистые наблюдения «Уэбба», провела перекалибровку «стандартных свечей». И что же? Их новое значение постоянной Хаббла составило 70,4 км/с на мегапарсек (+-3%).

А теперь самое интересное! Вспомним значение, полученное из анализа реликтового излучения: 67,4 км/с на мегапарсек (+-0,7%). Да, значения все еще не идентичны, но с учетом погрешностей они теперь статистически согласуются! Пропасть между двумя методами, похоже, начала затягиваться.

«Эти новые данные свидетельствуют о том, что наша Стандартная модель Вселенной выдерживает проверку», — говорит профессор Фридман. Это не значит, что модель идеальна и не требует уточнений. Но, по крайней мере, в вопросе скорости расширения Вселенной она, похоже, не дает такого уж серьезного сбоя, как опасались некоторые.

Так был ли кризис? И что дальше?

Это открытие имеет огромное значение. Тысячи научных работ были посвящены попыткам объяснить расхождение в значениях постоянной Хаббла. Какие только экзотические теории не предлагались! Но, как говорит Фридман, «это оказалось чрезвычайно сложной задачей». Возможно, проблема была не столько в теории, сколько в точности наблюдений, особенно в борьбе с коварной космической пылью.

Конечно, ученые не собираются останавливаться на достигнутом. Стандартная модель все еще оставляет без ответа фундаментальные вопросы о природе темной материи и темной энергии — загадочных субстанций, составляющих львиную долю массы-энергии Вселенной. Изначально предполагалось, что расхождение в постоянной Хаббла может быть ключом к этим тайнам. Теперь, похоже, этот «ключ» придется искать в другом месте.

Команда Фридман уже планирует новые наблюдения с помощью «Уэбба». На очереди — скопление галактик в созвездии Волосы Вероники. Эти измерения позволят определить постоянную Хаббла еще одним, прямым способом, без необходимости калибровки по сверхновым. «Я с оптимизмом смотрю на возможность разрешения этого вопроса в ближайшие несколько лет», — делится профессор.

Не просто цифры, а понимание нашего места во Вселенной

История с постоянной Хаббла — это яркий пример того, как работает наука. Есть загадка, есть разные подходы к ее решению, есть споры и новые технологии, которые вносят неожиданные коррективы. Возможно, «кризис в космологии» будет скоро официально отменен. Но даже если так, работа «Джеймса Уэбба» уже бесценна. Он не просто дает нам более точные цифры. Он позволяет глубже понять, как устроена наша Вселенная, как она эволюционировала и что ее ждет в будущем. И это, согласитесь, захватывает дух не меньше, чем самый лихо закрученный детективный роман. А самое главное, эта история еще далеко не окончена!