Cкорость расширения Вселенной указала на неизвестные физические процеcсы

Американские астрономы, используя космический телескоп "Хаббл", установили, что более ранняя оценка скорости расширения Вселенной под действием тёмной энергии была неверна. В действительности она расширяется на 5—9% быстрее. Открытие позволит точнее оценить тёмную материю и тёмную энергию, которые составляют основную часть массы во Вселенной, но до сих пор ускользают от прямого наблюдения и исследования. Соответствующая статья направлена на публикацию в The Astrophysical Journal, а с её текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Чтобы уточнить прежние оценки скорости расширения наблюдаемой Вселенной, авторы новой работы наблюдали за двумя типами звёзд в наиболее удалённых от нас галактиках — 2400 цефеид и 300 сверхновых. В отличие от остальных светил, истинную яркость которых можно определить, лишь зная расстояние до них, эти два типа звёзд, наоборот, дают возможность установить расстояние до них по их же яркости. Первые — цефеиды — переменные звёзды, свет которых меняется с пульсациями их внешних слоёв. Истинная яркость цефеид (то есть та яркость, которую можно было бы наблюдать рядом с ними) чётко привязана к периоду пульсаций звезды. Астрономы просто замеряют время между пульсациями и на основе довольно несложной формулы выводят её истинную яркость. Сравнивая эту яркость с видимой с Земли, учёные могут точно выявить, каково расстояние между нашей планетой и цефеидой.

Вторым видом "верстовых столбов" во Вселенной являются сверхновые типа Ia. Истинная яркость этих звёзд почти всегда одинакова: они образуются только из белых карликов, когда те превышают предельно допустимый лимит массы, равный 1,44 солнечных (предел Чандрасекара). Существенно больше этого предела карлик набрать не может — именно потому, что в этом случае он тут же взрывается. Из-за одинаковой массы все сверхновые этого типа при взрыве дают предельно сходную истинную яркость. Сравнив её с видимой с Земли яркостью, астрономы-наблюдатели легко могут вычислить расстояние до такой звезды. Затем они сравнивают дистанцию, вычисленную таким образом для более близких и более далёких галактик, и получают скорость расширения Вселенной.

Более ранние исследования редко комбинировали данные по цефеидам и сверхновым из одной и той же галактики, что часто не позволяло достаточно точно выяснить расстояния до неё. В конце 1990-х выяснилось, что сверхновые в самых далёких галактиках имеют яркость ниже той, что должны иметь. Из этого был сделан очень важный вывод: в настоящий момент Вселенная расширяется с нарастающим ускорением, которое потенциально может привести к значимым последствиям, вплоть до Большого разрыва, однако неточность измерений по одним только сверхновым не дала в тот раз корректно рассчитать скорость расширения Вселенной.

Новая и уточнённая оценка равна 73,1 километра в секунду на один мегапарсек. Это означает, что галактика на расстоянии в 3,26 миллиона световых лет каждую секунду удаляется от нас на 73,1 километра. Ранее эту цифру оценивали примерно в 70 километров в секунду.

Новые вычисления, несмотря на вроде бы небольшое расхождение с предыдущими оценками, имеют огромное значение для понимания происходящего во Вселенной и её физики в целом. Более ранние цифры расчётов на основе имевшихся оценок тёмной материи и энергии давали меньшую скорость расширения Вселенной. Новая работа означает, что наши представления о тёмной материи и тёмной энергии, заставляющей Вселенную расширяться с ускорением, могут быть неверны. Возможно, мы недооцениваем силу, с которой тёмная энергия "расталкивает" пространство во все стороны. Или же сразу после Большого взрыва существовала некая субатомная частица так называемого тёмного излучения, недоучёт которой и привёл к ранним ошибочным оценкам скорости расширения пространства-времени. Исследователи надеются, что их новая работа приведёт в конечном счёте научное сообщество к ответу на все эти вопросы.