«В конце концов, конфликта может и не быть» в «Дебатах о расширенной вселенной»

Наша Вселенная расширяется, но наш основной способ измерения скорости этого расширения дал разные ответы. За последнее десятилетие астрофизики постепенно разделились на два лагеря: один считает, что разница значительна, а другой считает, что это может быть связано с ошибками измерения.

Если выясняется, что ошибки вызывают несоответствие, это подтверждает нашу базовую модель того, как файл выглядит. Вселенная Работает. Другая возможность представляет поток, который при вытягивании указывает на то, что для его повторного соединения требуется некоторая новая, отсутствующая фундаментальная физика. В течение нескольких лет каждое новое свидетельство телескопов раскачивало аргументы взад и вперед, вызывая так называемое «напряжение Хаббла».

Венди Фридман, известный астроном и профессор астрономии и астрофизики Чикагского университета имени Джона и Мэрион Салливан, провела несколько оригинальных измерений скорости расширения Вселенной, что привело к более высокому значению постоянной Хаббла. Но в новой обзорной статье принято Астрофизический журнал مجلة, Фридман дает обзор самых последних наблюдений. Ее вывод: Последние наблюдения начинают восполнять этот пробел.

Это означает, что в конце концов конфликта может и не быть, и наша стандартная модель Вселенной не требует значительных изменений.

Скорость, с которой расширяется Вселенная, называется постоянной Хаббла и называется UChicago alum Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917, которому приписывают открытие расширения Вселенной в 1929 году. Ученые хотят точно определить эту скорость, потому что постоянная Хаббла связана с возрастом Вселенной и тем, как она эволюционировала с течением времени.

Серьезная морщина появилась в последнее десятилетие, когда результаты двух основных методов измерения стали отличаться. Но ученые все еще спорят о значении несоответствия.

Один из способов измерить постоянную Хаббла — посмотреть на очень слабый свет, оставшийся от Большого взрыва, который называется космическим микроволновым фоном. Это было сделано в космосе и на Земле с использованием таких средств, как телескоп Южного полюса под руководством Калифорнийского университета в Чикаго. Ученые могут ввести эти наблюдения в свою «стандартную модель» ранней Вселенной и запустить ее вовремя, чтобы предсказать, какой должна быть постоянная Хаббла сегодня; Они получают ответ 67,4 километра в секунду на мегапарсек.

Другой способ — посмотреть на звезды и галактики в ближайшей Вселенной, измеряя их расстояния и скорость их удаления от нас. Фридман был ведущим специалистом в этом методе в течение нескольких десятилетий; В 2001 году ее команда с помощью космического телескопа Хаббла провела одно из самых замечательных измерений звезд, называемых цефеидами. Они получили значение 72. Фридман продолжал измерять цефеиды в последующие годы, каждый раз просматривая все больше данных телескопа. Однако в 2019 году она и ее коллеги опубликовали ответ, основанный на совершенно другом методе с использованием именованных звезд. красные гиганты. Идея заключалась в том, чтобы проверить цефеиды независимым способом.

Красные гиганты — это очень большие светящиеся звезды, которые всегда достигают одной и той же максимальной яркости, а затем быстро исчезают. Если ученые смогут точно измерить фактическую или внутреннюю пиковую яркость красных гигантов, они смогут затем измерить расстояния до их родительских галактик, что является важной, но сложной частью уравнения. Главный вопрос — насколько точны эти измерения.

Первая версия этого расчета в 2019 году использовала одну очень близкую галактику для калибровки светимости красных звезд-гигантов. За последние два года Фридман и ее сотрудники провели подсчеты для нескольких различных галактик и звездных групп. «В настоящее время существует четыре независимых способа калибровки яркости красного гиганта, и они согласуются на 1% друг от друга», — сказал Фридман. «Это показывает нам, что это действительно хороший способ измерения расстояния».

«Я действительно хотел внимательно изучить и цефеид, и красного гиганта. Я очень хорошо знаю их сильные и слабые стороны», — сказал Фридман. «Я пришел к выводу, что нам не нужна новая фундаментальная физика для объяснения различий в локальной и удаленной скорости расширения. Данные для нового красного гиганта показывают, что они согласованы».

«Мы продолжаем измерять и тестировать субзвезды красных гигантов различными способами, и они продолжают превосходить наши ожидания», — добавил аспирант Чикагского университета Тейлор Хойт, который проводил измерения звезд красных гигантов в якорных галактиках.

Значение постоянной Хаббла, полученное командой Фридмана на красных гигантах, составляет 69,8 км / с / мкм — примерно так же, как значение, полученное в эксперименте с космическим микроволновым фоном. «Никакой новой физики не требуется», — сказал Фридман.

Расчеты с использованием звезд цефеид по-прежнему дают более высокие цифры, но, согласно анализу Фридмана, разница может не вызывать тревогу. «Звезды-цефеиды всегда были немного более шумными и их было немного сложнее понять; это молодые звезды в активных областях звездообразования в галактиках, а это означает, что существует потенциал для таких вещей, как пыль или загрязнение от других звезд. избавьтесь от ваших измерений », — объяснила она.

По ее мнению, конфликт можно разрешить с помощью более точных данных.

В следующем году, когда ожидается запуск космического телескопа Джеймса Уэбба, ученые начнут собирать эти новые наблюдения. У Фридмана и его сотрудников уже было время на телескопе для крупной программы по проведению дополнительных измерений как звезд-цефеид-гигантов, так и звезд красных гигантов. «Уэбб даст нам более высокую чувствительность и точность, и очень скоро данные действительно станут лучше», — сказала она.

Но тем временем она хотела поближе взглянуть на существующие данные, и обнаружила, что многие из них действительно согласны.

«Такова наука», — сказал Фридман. «Вы пинаете шины, чтобы увидеть, не сдувается ли что-нибудь, и пока что без проколов».

Некоторые ученые, которые выступали за внутреннюю несовместимость, могут быть разочарованы. Но для Фридмана любой ответ волнует.

«Есть еще место для новой физики, но даже если нет места для новой физики, это покажет, что наша Стандартная модель в корне правильна, что также является серьезным выводом, который необходимо сделать», — сказала она. «Вот что интересно в науке: мы не знаем ответов заранее. Мы учимся по ходу дела. Это действительно захватывающее время для работы в этой области».