Расширение Вселенной не поддаётся объяснению: новое сверхточное измерение только углубило загадку

Международная команда астрономов провела одно из самых точных измерений того, насколько быстро расширяется ближняя Вселенная. Вместо того чтобы разрешить давнюю проблему, новый результат только усилил её. Учёные не могут игнорировать расхождение — оно становится всё более реальным. То, что раньше можно было списать на погрешность измерений, теперь выглядит как фундаментальное непонимание устройства космоса.

Два способа измерить Вселенную

На протяжении десятилетий учёные полагались на две основные стратегии определения скорости расширения Вселенной. Один подход фокусируется на ближнем космосе: измеряются расстояния до звёзд и галактик, чтобы вычислить, насколько быстро всё разлетается в стороны. Другой смотрит гораздо дальше назад во времени, используя реликтовое излучение — послесвечение Большого взрыва, — чтобы оценить, какой должна быть скорость расширения сегодня, исходя из стандартной космологической модели.

В теории оба метода должны давать одинаковый ответ. На практике они не совпадают. Наблюдения ближней Вселенной последовательно указывают на более высокую скорость расширения — около 73 километров в секунду на мегапарсек. Расчёты, основанные на ранней Вселенной, дают более низкую скорость — примерно 67 или 68 километров в секунду на мегапарсек.

Разрыв между этими значениями невелик в абсолютных величинах, но слишком значителен, чтобы его можно было списать на статистическую случайность. Это несоответствие получило название «напряжение Хаббла». Оно появлялось снова и снова в независимых исследованиях, проведённых разными группами учёных с использованием разных инструментов.

Сеть расстояний

Чтобы повысить точность, исследователи объединили десятилетия наблюдений в единую скоординированную структуру. Работа, проведённая коллаборацией «Сеть расстояний H0», дала самое точное прямое измерение локальной скорости расширения на сегодняшний день. Их результаты, опубликованные в журнале Astronomy & Astrophysics, оценивают постоянную Хаббла в 73,50 ± 0,81 километра в секунду на мегапарсек, достигая точности чуть более одного процента.

Вместо того чтобы полагаться на один метод, команда построила то, что они называют «сетью расстояний». Эта система связывает несколько перекрывающихся методов, используемых для измерения космических расстояний. Среди них — цефеиды, переменные звёзды, которые пульсируют с предсказуемой периодичностью, красные гиганты с известной яркостью, сверхновые типа Ia и некоторые типы галактик.

Многоуровневый подход позволяет исследователям перекрёстно проверять результаты множеством способов. Если бы какой-то один метод был ошибочным, его исключение из анализа изменило бы окончательный ответ. Этого не произошло. Даже когда отдельные методики исключались из рассмотрения, общий результат оставался практически неизменным. Согласованность между разными методами укрепляет доверие к измеренной скорости расширения.

Исключены ли ошибки измерений?

Авторы исследования делают важный вывод: «Эта работа фактически исключает объяснения напряжения Хаббла, которые полагаются на одну единственную незамеченную ошибку в локальных измерениях расстояний». Если напряжение реально — а растущий массив доказательств говорит именно об этом, — то оно может указывать на новую физику за пределами стандартной космологической модели.

Более медленная скорость расширения, полученная из расчётов ранней Вселенной, зависит от стандартной модели космологии, которая описывает, как Вселенная эволюционировала после Большого взрыва. Если в этой модели чего-то не хватает — деталей о тёмной энергии, неизвестных частиц или изменений в гравитации, — то её предсказания для сегодняшнего расширения могут быть неверными. В этом случае напряжение Хаббла может быть сигналом более глубокой проблемы, а не просто измерительной погрешностью.

Что дальше

Новая сеть расстояний также обеспечивает основу для будущих исследований. Сделав свои методы и данные общедоступными, команда создала систему, которая может быть улучшена по мере поступления новых наблюдений. Будущие обсерватории, как ожидается, предоставят ещё более точные измерения, которые могут помочь определить, будет ли расхождение в конце концов разрешено или продолжит указывать на новую физику.

Вопрос, который остаётся без ответа, заключается не в том, насколько быстро расширяется Вселенная — учёные измерили это с беспрецедентной точностью. Вопрос в том, почему два метода дают разные ответы. Если исключены ошибки измерений, то, возможно, не хватает чего-то в самом понимании устройства космоса. Может быть, тёмная энергия ведёт себя не так, как предполагалось. Может быть, существуют неизвестные частицы. Может быть, законы гравитации работают иначе на космических масштабах. И пока астрономы продолжают уточнять свои измерения, фундаментальная физика остаётся в подвешенном состоянии, ожидая ответа, который может перевернуть всё представление о Вселенной.