С какой скоростью растет Вселенная и сколько ей лет? Новые данные от «Уэбба»

Уже много десятилетий ученые пытаются высчитать, насколько быстро разрастается Вселенная после Большого взрыва, а значит — и ее возраст. С одной стороны, есть теоретические выкладки, с другой — замеры реликтового излучения с помощью космической обсерватории «Планк», а еще и информация от космического телескопа «Хаббл»…

Оценки возраста колеблются от 10 млрд до 20 млрд лет, разнятся и представления о скорости расширения. Однако новейшие данные, полученные от телескопа имени Джеймса Уэбба, подтвердили одни из прошлых расчетов: те, которые получены на основании снимков «Хаббла». Об исследовании сообщают NASA и Европейское космическое агентство (ESA).

Напряжение «Хаббла»

«Хаббл» ведет наблюдения за Вселенной уже более 30 лет. Благодаря ему удалось рассчитать, в том числе, ее примерный возраст — 13,8 млрд лет, и именно он сейчас принят как основная версия. Однако возраст непосредственно связан со скоростью расширения Вселенной. А это — сложно выразимая величина.

Ее описывают через закон Хаббла. Он основан не на данных телескопа, а на расчетах ученых начала прошлого века: Жоржа Леметра и Эдвина Хаббла, в честь которого потом и назвали аппарат. Закон Хаббла также называют законом разбегания галактик, и не просто так: ученые говорят не об общей скорости удаления границ Вселенной от конкретной точки или условного центра, а о скорости удалении друг от друга двух объектов (например, галактики и квазара или разных галактик) с учетом их расстояния.

Выражают этот коэффициент через так называемую постоянную Хаббла: км/с на мегапарсек, или (км/с)/Мпр. А высчитывают его с помощью наблюдения за цефеидами. Это особый класс звезд — пульсирующие желтые гиганты или сверхгиганты. Они изучены лучше всех подобных объектов, а значит по соотношению их светимости и периода пульсации можно высчитать расстояние до них.

И когда создавался телескоп «Хаббл», наблюдение за цефеидами и расчет скорости расширения Вселенной заявлялись как одни из целей его работы. Действительно, самый мощный и точный на то время телескоп сделал множество снимков цефеид в инфракрасном изображении. Казалось бы, это должно уточнить данные, которые до того получали с наземных телескопов.

Однако картину портит устойчивая разница о предполагаемой скорости расширения между данными, полученными на основе замеров расстояний по снимкам «Хаббла», и между значениями, выведенными при анализе первоначального света, распространяющегося одновременно с расширением Вселенной с момента Большого взрыва и фиксируемого обсерваторией «Планк».

Этот разрыв принято называть «напряжение «Хаббла». Но объяснений, почему он возник, пока не найдено. Многие ученые утверждали, что причина в некорректности данных, полученных с помощью телескопа: мол, на замеры расстояния, а значит и расчет скорости расширения Вселенной, повлияли помехи на изображения или ошибки вычислений, связанные с нечеткостью съемки цефеид или с тем, что за одну звезду было принято целое скопление.

«Простым решением дилеммы было бы сказать, что, возможно, наблюдения «Хаббла» ошибочны из-за некоторой неточности, вкравшейся в измерения параметров глубокого космоса. Но появился космический телескоп имени Джеймса Уэбба, позволивший астрономам перепроверить результаты «Хаббла»», — рассказывают в ESA.

Оба результата — верные

«Джеймс Уэбб» — тоже космический телескоп. Но он гораздо новее «Хаббла», его камера инфракрасного диапазона обладает «более острым зрением», а это дает лучшие возможности для наблюдения. Именно поэтому его использовали для уточнения данных. Работу возглавил Адам Рисс, физик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе.

Как сообщают авторы исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal Letters, они проанализировали данные, полученные со снимков около 1000 цефеид из пяти галактик, сделанных «Уэббом». В том числе, он заснял самую дальнюю галактику, цефеиды которой достаточно изучены и измерены, — NGC 5468 на расстоянии 130 миллионов световых лет он нас.

Таким образом ученые проверили, не появятся ли ошибки в вычислениях, основанных на данных «Хаббла», по мере удаления от Земли. Но нет, их работа только подтверждает скорость расширения, вычисленную с помощью «Хаббла» — 73,0±1,0 (км/с ^-1)/Мпк.

«Выборка дает очень убедительное свидетельство того, что фотометрия цефеид [сделанная по снимкам «Хаблла»] точна, хотя на изображениях больше «шума», чем на снимках «Уэбба». Мы не обнаружили существенной разницы в измерениях среднего расстояния, определенных с помощью [обоих телескопов]. Мы пришли к выводу, что ошибки фотометрических измерений цефеид не вносят существенного вклада в формирование напряжения «Хаббла», — делается вывод в научной статье.

Космические агентства в свою очередь отмечают, что результаты этого «перепроверяющего» исследования и значения, полученные на основе данных «Планка», можно принять как две константы. Одна фиксирует скорость расширения Вселенной на данный момент. Другая — на момент зарождения.

«Нам нужно выяснить, не упускаем ли мы в своих расчетах какую-то информацию о том, как Вселенная раннего периода отличалась от сегодняшней. Так как ошибки измерений [основанных на снимках «Хаббла» и «Уэбба»] сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно понимаем что-то о нашей Вселенной», — говорит руководитель исследования Рисс.

В частности, сам Рисс в 2011 году получил Нобелевскую премию по физике за открытие того факта, что расширение Вселенной ускоряется из-за загадочного явления, которое теперь называется «темная энергия». И сейчас в NASA и ESA отмечают, что ее влияние на создание напряжения «Хаббла» будут изучать выведенная на орбиту в прошлом году обсерватория «Евклид» и космический телескоп «Нэнси Грейс Роман», запуск которого намечен на 2027 год.