Новый метод измерения расширения Вселенной: физики вычислили постоянную Хаббла по гравитационному фону
Постоянная Хаббла: почему гравитационные волны могут разрешить главный спор в космологии
Вселенная расширяется. Быстро или медленно? Учёные не могут договориться. Один лагерь говорит: 67–68 км/с/Мпк. Другой — 72–74. Разница вроде бы невелика, но для физиков это катастрофа. Стандартная модель Вселенной трещит по швам. Каждый новый метод проверки — на вес золота. В 2026 году группа Брайса Казинса предложила способ, который не похож ни на один прежний. И он использует… тишину.
Коротко о проблеме
У нас два надёжных способа измерить постоянную Хаббла. Первый — по реликтовому излучению (Planck). Мы смотрим на микроволновый фон, которому 13,8 миллиардов лет, и восстанавливаем параметры ранней Вселенной. Экстраполируем на сегодня — получаем 67,4 ± 0,5. Второй — по сверхновым типа Ia (SH0ES). Измеряем расстояния до близких звёздных взрывов — выдаёт 73,0 ± 1,0. Разница — более 5 сигма. Это уже не статистическая флуктуация. Либо один из методов врёт (систематика), либо физика за пределами Стандартной модели. Конфликт окрестили «хаббловским напряжением», и он только усугубляется.
В такой ситуации любое независимое измерение — как глоток воздуха. Обычно расстояния меряют через свет. А что если использовать гравитационные волны?
Стандартные сирены — но с изюминкой
Слияния чёрных дыр рождают гравитационные волны. Детекторы LIGO, Virgo и KAGRA ловят их. Амплитуда волны напрямую даёт расстояние до источника — без калибровочных лесенок. Идеально. Такие события называют «стандартными сиренами». Но есть засада: чтобы узнать H₀, нужно ещё красное смещение (насколько сигнал растянулся из-за расширения). Гравитация сама по себе смещение не показывает. Приходится искать галактику-хозяйку, ловить электромагнитную вспышку — или угадывать по распределению масс чёрных дыр (спектральная сирена). Последний вариант даёт огромную ошибку: H₀ = 46⁺⁴⁹₋₂₆ км/с/Мпк по 42 событиям. Слишком размазано.
Группа Казинса пошла другим путём. Они посмотрели на то, чего нет.
Как отсутствие сигнала становится точным измерением
Детекторы регистрируют только самые громкие слияния. Но чёрные дыры сливаются постоянно и повсюду. Миллиарды слабых событий создают непрерывный фон — слабый шум пространства-времени. Его называют стохастическим гравитационно-волновым фоном. Энергия этого фона (Ω_gw) пока не обнаружена — детекторы недостаточно чувствительны. Но верхний предел уже установлен: Ω_gw < 10⁻⁸ на частоте 25 Гц.
Интенсивность фона обратно пропорциональна кубу постоянной Хаббла. Если бы H₀ была 30 км/с/Мпк, фон оказался бы в 8 раз ярче — и LIGO уже зарегистрировал бы его. Раз не зарегистрировал — такие значения исключены.
Это работает как детектор лжи. Построили модель слияний, посчитали ожидаемый фон для разных H₀. Если предсказание превышает измеренный предел — модель отбрасывается. Так из «не-наблюдения» вытягивается информация.
Пошаговый совет для понимания:
- Шаг 1. Зная популяцию чёрных дыр (частоту слияний, массы), рассчитываешь, сколько энергии они излучают на всех расстояниях.
- Шаг 2. Этот расчёт зависит от объёма Вселенной, который прямо привязан к H₀ (чем меньше H₀, тем больше объём и больше слияний).
- Шаг 3. Сравниваешь с реальным верхним пределом на фон. Если модель даёт фон выше предела — она маловероятна.
- Шаг 4. Комбинируешь с данными по 42 индивидуальным слияниям для уточнения популяции.
- Шаг 5. Получаешь совместную оценку H₀ с учётом обоих ограничений.
Что получилось? Цифры и таблица
Метод назвали «стохастической сиреной». Он выдал H₀ = 72⁺⁴⁴₋₃₇ км/с/Мпк. Ошибка пока огромна — но главное, центральное значение сдвинулось из области 40–60 (куда загоняли спектральные сирены) прямо в зону 70–75, где спорят два электромагнитных лагеря. Впервые гравитационно-волновой метод дал результат, совместимый с ними.
| Метод | H₀ (км/с/Мпк) | Основа |
|---|---|---|
| Реликтовое излучение (Planck) | 67,4 ± 0,5 | Космический микроволновый фон |
| Сверхновые типа Ia (SH0ES) | 73,0 ± 1,0 | Стандартные свечи |
| Спектральная сирена (BBH) | 46⁺⁴⁹₋₂₆ | 42 слияния + модель масс |
| Стохастическая сирена (новая) | 72⁺⁴⁴₋₃₇ | 42 слияния + необнаруженный фон |
Пока точность низкая — но направление правильное. И это консервативная оценка: учтён только фон от двойных чёрных дыр, хотя нейтронные звёзды тоже шумят. Включи их — ограничение станет жёстче.
Личное наблюдение автора
Недавно я заметил, что многие считают, будто гравитационные волны — это только про громкие слияния, зафиксированные LIGO. На самом деле самая интересная информация лежит в «тихом» фоне, который пока не пойман. Обычно в науке сенсации приходят от открытий. А тут — от того, что сигнал отсутствует. Парадокс, но именно так часто рождаются прорывы.
Почему это важно
Метод полностью независим от света. Ему не нужны ни сверхновые, ни галактики, ни реликтовое излучение. Это принципиально иной класс измерений — не по отдельным объектам, а по суммарному сигналу всей Вселенной. У него свои систематические ошибки (зависит от модели популяции чёрных дыр), но они никак не связаны с ошибками электромагнитных методов. Если два независимых инструмента показывают одинаковое число — спор можно считать закрытым.
Когда фон будет обнаружен (следующее поколение детекторов — A# или Voyager — сделает это за год-два), точность метода взлетит. Вместо нижней границы появится полноценный интервал. Стохастическая сирена сможет измерять не только H₀, но и плотность тёмной энергии.
Резюме от автора. Сейчас ситуация похожа на суд, где два свидетеля противоречат друг другу. Появляется третий, который слышал разговор за стеной — неразборчиво, но хотя бы опровергает ложные версии. С каждым месяцем без обнаружения фона мы будем отсекать низкие значения H₀. А когда третий заговорит внятно — он, возможно, поставит точку. Или откроет новую физику. И то, и другое — отличный повод следить за космологией.
