Телескоп Джеймса Уэбба, возможно, наконец разрешил кризис в космологии

Аналитическое исследование, проведенное Чикагским университетом для измерения скорости расширения Вселенной, пришло к выводу, что такого понятия, как «напряжение Хаббла», не может быть.

«Кризис в космологии», вызванный различными измерениями расширения Вселенной, может быть близок к разрешению благодаря… Космический телескоп Джеймса УэббаНовые данные, проанализированные учеными, позволяют предположить, что турбулентность Хаббла может быть не такой интенсивной, как считалось ранее. Это может означать, что наша текущая модель Вселенной остается точной.

Дискуссия о скорости расширения Вселенной

Мы многое знаем о нашей Вселенной, но астрономы до сих пор спорят о том, насколько быстро она расширяется. Действительно, за последние два десятилетия два основных способа измерения этого числа, известного как постоянная Хаббла, дали разные ответы, что заставило некоторых задуматься, а не чего-то не хватает в нашей модели того, как работает Вселенная.

Новые данные космического телескопа Джеймса Уэбба

Но новые измерения мощного космического телескопа Джеймса Уэбба позволяют предположить, что конфликта, также известного как «напряжение Хаббла», может и не быть.

В документе, представленном Астрофизический журнал, Чикагский университет Космолог Венди Фридман и ее коллеги проанализировали новые данные, полученные НАСАУчёным удалось измерить расстояние до десяти близлежащих галактик с помощью мощного космического телескопа Джеймса Уэбба, а также измерить новое значение текущей скорости расширения Вселенной.

Измерено при скорости 70 километров в секунду в мегапарсеккоторый перекрывается с другим основным методом определения постоянной Хаббла.

«Основываясь на этих новых данных телескопа Джеймса Уэбба и используя три независимых метода, мы не находим убедительных доказательств существования напряжения Хаббла», — сказал Фридман, известный астроном и профессор астрономии и астрофизики в Чикагском университете. , наша стандартная космологическая модель для объяснения эволюции Вселенной.

Хаббл стресс?

Мы знали, что Вселенная расширяется со временем с 1929 года, когда Эдвин Хаббл (выпускник Чикагского университета 1910 года, доктор философии 1917 года) провел измерения звезд, которые показали, что галактики, расположенные дальше от Земли, удалялись от Земли быстрее, чем близлежащие галактики. . Но на удивление сложно дать точную оценку того, насколько быстро сейчас расширяется Вселенная.

Это число, известное как постоянная Хаббла, важно для понимания предыстории Вселенной. Это фундаментальная часть нашей модели того, как Вселенная развивается с течением времени.

«Подтверждение реальности тензора постоянной Хаббла будет иметь серьезные последствия для фундаментальной физики и современной космологии», — объяснил Фридман.

Различные способы измерения

Учитывая важность и сложность проведения этих измерений, ученые проверяют их, используя различные методы, чтобы гарантировать их максимально точную точность.

Один из основных подходов включает изучение остаточного света от следа. Большой взрывизвестный как космический микроволновый фон. На данный момент лучшая оценка постоянной Хаббла с использованием этого очень точного метода составляет 67,4 километра в секунду на мегапарсек.

Второй основной метод, на котором специализируется Фридман, — это прямое измерение расширения галактик в нашем местном космическом окружении с использованием звезд, яркость которых нам известна. Подобно тому, как фары автомобилей кажутся тусклее, когда они находятся далеко, звезды кажутся тусклее на все большем и большем расстоянии. Измеряя расстояния и скорости, с которыми галактики удаляются от нас, мы можем сделать вывод, насколько быстро расширяется Вселенная.

В прошлом измерения, проведенные таким образом, давали более высокое значение постоянной Хаббла — ближе к 74 километрам в секунду на мегапарсек.

Загадка напряжения Хаббла

Эта разница настолько велика, что некоторые ученые предполагают, что в нашей стандартной модели эволюции Вселенной может не хватать чего-то важного. Например, поскольку один метод рассматривает ранние дни существования Вселенной, а другой — нынешнюю эпоху, что-то большое во Вселенной могло со временем измениться. Это очевидное несоответствие стало известно как «напряжение Хаббла».

Войдите в космический телескоп Джеймса Уэбба

Космический телескоп Джеймса Уэбба, или JWST, предлагает человечеству новый мощный инструмент для наблюдения за глубоким космосом. Запущенный в 2021 году преемник телескопа Хаббл, он сделал потрясающе четкие изображения, раскрыл новые аспекты далеких миров, собрал беспрецедентные данные и открыл новые окна во Вселенную.

Фридман и ее коллеги использовали телескоп для измерения 10 близлежащих галактик, которые служат основой для измерения скорости расширения Вселенной.

Для проверки своих результатов они использовали три независимых метода. Первый метод использует тип звезды, известный как переменная звезда цефеида, яркость которой предсказуемо меняется с течением времени. Второй метод известен как «кончик ветви красных гигантов» и использует тот факт, что звезды малой массы достигают фиксированного верхнего предела своей яркости. Третий и самый последний метод использует тип звезд, называемый углеродными звездами, которые имеют постоянный цвет и яркость в ближнем инфракрасном спектре света. Новый анализ является первым, в котором все три метода используются одновременно в пределах одной и той же галактики.

Переоценка постоянной Хаббла

В каждом случае значения находились в пределах погрешности значения, полученного методом космического микроволнового фона, равного 67,4 километра в секунду на мегапарсек.

«Для нас получение хорошего согласия от трех очень разных типов звезд является убедительным показателем того, что мы на правильном пути», — сказал Фридман.

«Будущие наблюдения с использованием телескопа Джеймса Уэбба будут иметь решающее значение для подтверждения или опровержения теории тензора Хаббла и оценки последствий для космологии», — сказал соавтор исследования Барри Мадор из Университета Британской Колумбии. Фонд науки Карнеги и приглашенный преподаватель Чикагского университета.

Ссылка: «Отчет о состоянии программы Чикаго-Карнеги Хаббла (CCHP): три независимые астрофизические оценки постоянной Хаббла с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба», Венди Л. Фридман и Барри Ф. Мадор, В. Сон Чан и Тейлор Дж. Хойт и Эбигейл Дж. Ли, Кайла А. Оуэнс, 12 августа 2024 г., Астрофизика > Космология и негалактическая астрофизика.
arXiv:2408.06153

Другими соавторами этой статьи были исследователь из Чикагского университета Ин Сунг Джанг, Тейлор Хойт (доктор философии 22 года, сейчас работает в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли) и аспиранты Чикагского университета Кайла Оуэнс и Эбби Ли.

Финансирование: НАСА.