“В кінці кінців може бути не конфлікт” у Розгорнутій дебаті Всесвіту

Наш Всесвіт розширюється, але наш основний спосіб вимірювання того, як швидко це розширення дає різні відповіді. За останнє десятиліття астрофізики поступово розділились на два табори: той, який вважає, що різниця є значним, і той, який вважає, що це може бути через помилки вимірювання.

Якщо виявиться, що помилки спричиняють невідповідність, це підтверджує нашу основну модель того, як виглядає файл Всесвіт Працює. Інша можливість вводить нитку, яка при натягуванні вказує на необхідність якоїсь нової, відсутньої фундаментальної фізики, щоб з’єднати її разом. Протягом декількох років кожні нові докази телескопів змінювали аргументи вперед і назад, породжуючи так зване “напруження Хаббла”.

Венді Фрідман, відомий астроном і Джон і Маріон Салліван, професори астрономії та астрофізики в Університеті Чикаго, провели кілька оригінальних вимірювань швидкості розширення Всесвіту, що призвело до вищого значення для константи Хаббла. Але в новій оглядовій роботі прийнято Астрофізичний журнал مجلة, Фрідман дає огляд останніх спостережень. Її висновок: Останні спостереження починають заповнювати прогалину.

Це означає, що зрештою може не бути конфлікту, і наша стандартна модель Всесвіту не потребує особливих змін.

Швидкість, з якою Всесвіт розширюється, називається константою Хаббла, яка називається галуном UChicago Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917, якому приписують відкриття розширення Всесвіту в 1929 р. Вчені хочуть точно визначити цю швидкість, оскільки константа Хаббла пов’язана з віком Всесвіту та тим, як вона еволюціонувала з часом.

Основна зморшка з’явилася в останнє десятиліття, коли результати для двох основних методів вимірювання почали відрізнятися. Але вчені все ще обговорюють значення невідповідності.

Один із способів виміряти константу Хаббла – поглянути на дуже слабке світло, що залишилося від Великого вибуху, зване космічним мікрохвильовим фоном. Це було зроблено в космосі та на Землі за допомогою таких споруд, як Антарктичний телескоп на чолі з Учікаго. Вчені можуть внести ці спостереження у свою “стандартну модель” раннього Всесвіту і вчасно провести її, щоб передбачити, якою має бути константа Хаббла сьогодні; Вони отримують відповідь 67,4 кілометра на секунду на мегапарсек.

Інший шлях – дивитись зірок і галактик у сусідньому Всесвіті, вимірюючи їх відстань і те, як швидко вони віддаляються від нас. Фрідман був провідним фахівцем у цій галузі протягом декількох десятиліть; У 2001 році її команда здійснила одне з найвизначніших вимірювань за допомогою космічного телескопа Хаббл для зображення зірок під назвою Цефеїди. Значення, яке вони виявили, було 72. Фрідман продовжував вимірювати цефеїди в наступні роки, щоразу переглядаючи більше даних телескопів. Однак у 2019 році вона та її колеги опублікували відповідь, засновану на зовсім іншому методі із використанням названих зірок червоні велетні. Ідея полягала в тому, щоб перевірити цефеїди незалежно.

Червоні гіганти – це дуже великі, світяться зірки, які завжди досягають однакової пікової яскравості, перш ніж швидко згаснути. Якщо вчені можуть точно виміряти фактичну або внутрішню пікову яскравість червоних велетнів, вони можуть виміряти відстань до галактик-господарів, що є важливою, але складною частиною рівняння. Головне питання полягає в тому, наскільки ці виміри точні.

Перша версія цього розрахунку в 2019 році використовувала одну дуже близьку галактику для калібрування світності червоних гігантських зірок. За останні два роки Фрідман та її співробітники провели обчислення кількох різних галактик і зоряних груп. “Зараз існує чотири незалежних способи калібрувати світність червоного гіганта, і вони погоджуються на 1% один від одного”, – сказав Фрідман. “Це показує нам, що це справді хороший спосіб виміряти відстань”.

“Я дуже хотів уважно розглянути і цефеїди, і Червоного велетня. Я дуже добре знаю їх сильні і слабкі сторони”, – сказав Фрідман. “Я дійшов висновку, що нам не потрібна нова фундаментальна фізика, щоб пояснити різницю в місцевій та віддаленій швидкості розширення. Дані для нового червоного гіганта показують, що вони узгоджуються”.

“Ми продовжуємо вимірювати та випробовувати червоні гігантські підзірки різними способами, і вони продовжують перевершувати наші очікування”, – додав аспірант Чиказького університету Тейлор Хойт, який проводив вимірювання червоних гігантських зірок у якірних галактиках.

Значення константи Хаббла, отримане командою Фрідмана на червоних гігантах, становить 69,8 км / с / м3 – приблизно стільки ж, скільки було отримано в результаті космічного мікрохвильового експерименту. “Ніякої нової фізики не потрібно”, – сказав Фрідман.

Розрахунки з використанням зірок цефеїди все-таки дають вищі цифри, але за аналізом Фрідмана різниця може не насторожувати. “Цефеїдні зірки завжди були трохи галасливішими і дещо складнішими для повного розуміння; вони є молодими зірками в активних зоряних областях галактик, а це означає, що такі речі, як пил або забруднення від інших зірок, можуть отримати позбутися своїх вимірів “, – пояснила вона.

На її думку, конфлікт можна було б вирішити за допомогою кращих даних.

Наступного року, коли очікується запуск космічного телескопа Джеймса Вебба, вчені почнуть збирати ці нові спостереження. Фрідман та його співробітники вже встигли у телескоп здійснити велику програму, щоб зробити більше вимірювань як гігантських зірок Цефеїди, так і червоних гігантських зірок. “Webb дасть нам вищу чутливість і точність, і дані справді стануть кращими, дуже скоро”, – сказала вона.

Але тим часом вона хотіла детальніше розглянути існуючі дані, і, як вона виявила, багато з них насправді погодились.

“Так рухається наука”, – сказав Фрідман. “Ви штовхаєте шини, щоб побачити, чи щось не здувається, і поки що ніяких проколів”.

Деякі вчені, які виступають за внутрішню несумісність, можуть бути розчаровані. Але для Фрідмана будь-яка відповідь захоплююча.

“Ще є місце для нової фізики, але навіть якщо немає місця для нової фізики, це покаже, що наша Стандартна модель є принципово правильною, що також має зробити глибокий висновок”, – сказала вона. “Ось цікаве, що стосується науки: ми не знаємо наперед відповідей. Ми вчимося, ходячи. Це справді захоплюючий час бути в цій галузі”.