2

Новые данные, полученные с помощью телескопа «Хаббл», могут изменить существующие законы физики

Егор
expansion_bell.jpg

Астрономы использовали космический телескоп «Хаббла», чтобы сделать самые точные измерения скорости расширения Вселенной, которая была впервые рассчитана почти столетие назад. Новые результаты заставили астрономов задуматься о том, что они получили доказательства чего-то неожиданного в работе Вселенной.

На снимках ниже, сделанных космическим телескопом Хаббл, показаны 2 из 19 галактик, проанализированных в проекте, чтобы уточнить скорость расширения Вселенной — значение, известное как постоянная Хаббла. Композитные изображения показывают галактики NGC 3972 (слева) и NGC 1015 (справа), расположенные на расстоянии в 65 миллионов световых лет и 118 миллионов световых лет от Земли соответственно. Желтые кружки в каждой из них показывают расположение пульсирующих звезд, называемых цефеидами:

image2stscihp1812bm2000x827.jpg

Последнее уточнение постоянной Хаббла подтверждает несоответствие, показывающее, что Вселенная расширяется быстрее, чем ожидалось. Исследователи предполагают, что для объяснения этого, возможно, придется переписать некоторые законы физики. «Сообщество действительно борется с пониманием смысла этого несоответствия», — сказал ведущий исследователь и лауреат Нобелевской премии Адам Рисс из Института космических телескопов (STScI) и Университета Джона Хопкинса, Балтимор, штат Мэриленд.

Команда Рисса вместе со Стефано Казертано, который также является исследователем в STScI, использовала телескоп «Хаббл» в течение последних шести лет, чтобы уточнить измеренные расстояния до галактик, используя их звезды в качестве вех. Эти измерения нужны для определения того, насколько быстро вселенная расширяется со временем, то есть для определения постоянной Хаббла. Новое исследование команды Рисса использует для этого гораздо большее количество звезд, находящихся на расстояниях до 10 раз дальше, чем в предыдущих результатах, полученных с телескопа «Хаббл».

Но полученная Риссом величина серьезно не сходится с другим значением постоянной Хаббла, полученным в результате наблюдений за расширением ранней Вселенной, всего через 378 000 лет после Большого взрыва — события, которое, собственно, создало Вселенную примерно 13,8 миллиардов лет назад. Эти измерения были сделаны спутником «Планк» Европейского космического агентства, который исследует космический микроволновый фон, реликвию Большого взрыва. Разница между этими двумя значениями составляет около 9%. Новые измерения, полученные с помощью «Хаббла», настолько точны (шанс ошибки 1 к 5000), что такую разницу нельзя списывать на погрешность.

По результатам, полученным с помощью спутника «Планк», ученые высчитали, что постоянная Хаббла должна составлять 67 километров в секунду на мегапарсек (1 мегапарсек = 3,3 миллиона световых лет) и не может быть не больше 69 (км/с)/Мпк. Это означает, что с удалением на каждые 3,3 миллиона световых лет дальше от нас галактика движется на 67 км/с быстрее. Но команда Рисса измерила значение в 73 (км/с)/Мпк, что указывает на то, что галактики движутся быстрее, чем предполагают наблюдения за ранней Вселенной. «Оба результата были проверены несколькими способами, поэтому, раз ошибок нет, есть вероятность того, что это просто свойство Вселенной» — поясняет Рисс.

Объяснение несоответствия

Рисс рассказал о нескольких возможных объяснениях несоответствия, связанных с 95% Вселенной, состоящих из темной материи и энергии. Одна из идей заключается в том, что темная энергия, про которую уже известно то, что она отвечает за расширение Вселенной, может «растаскивать» галактики друг от друга с постоянно растущей силой. Это означает, что само ускорение может не иметь постоянного значения во Вселенной, то есть оно зависит от времени. Рисс был одним из тех, кто получил Нобелевскую премию за открытие ускоряющейся вселенной в 1998 году.

Другая идея состоит в том, что во Вселенной есть новая субатомная частица, которая имеет скорость, близкую к скорости света. Такие быстрые частицы в совокупности называются «темным излучением» и включают ранее известные частицы, такие как нейтрино, которые создаются в ядерных реакциях и радиоактивных распадах. В отличие от обычного нейтрино, которое взаимодействует с веществом при помощи субатомных сил, эта новая частица взаимодействует только через гравитацию и будет называться «стерильным нейтрино».

Еще одна возможная идея заключается в том, что темная материя (невидимая форма материи, не состоящая из протонов, нейтронов и электронов) сильнее взаимодействует с нормальным веществом или излучением, чем предполагалось ранее.

Любой из сценариев выше изменит наше представление о ранней вселенной, что приведет к несогласованности теоретических моделей. Эти несоответствия приведут к некорректному значению постоянной Хаббла, вытекающему из наблюдений за ранней Вселенной — а, значит, оно будет противоречить значению, полученному из наблюдений «Хаббла».

Hubble_2009_close-up.jpg

У Рисса и его коллег еще нет решения этой неприятной проблемы, но его команда будет продолжать работать над уточнением скорости расширения Вселенной. До сих пор команда Rисса, которую назвали в шутку Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES, Сверхновая для уравнения состояния), уменьшила погрешность определения постоянной Хаббла до 2,3%. До того, как телескоп «Хаббл» был запущен в 1990 году, оценки постоянной Хаббла менялись вдвое. Одна из основных задач телескопа заключалась в том, чтобы помочь астрономам уменьшить погрешность в измерении этой величины до 10%. С 2005 года SH0ES была занята увеличением точности измерения постоянной Хаббла, чтобы лучше понять поведение Вселенной.

Строительство строгой дистанционной модели Вселенной

Команда добилась успеха в уточнении постоянной Хаббла, упорядочивая и дополняя космическую дистанционную «лестницу», которую астрономы используют для измерения точных расстояний до ближайших к Земле галактик. Исследователи сравнили эти расстояния с данными о расширении пространства, полученными при изучении «растянутого света» от удаляющихся галактик. Затем они вычислили кажущуюся скорость разбегания галактик на каждом расстоянии и тем самым получили постоянную Хаббла.

Но значение постоянной Хаббла напрямую зависит от точности измерений. Астрономы не могут использовать рулетку для измерения расстояний между галактиками. Вместо этого они выбрали определенные классы звезд и сверхновых в качестве своеобразных космических вех, чтобы точно измерять галактические расстояния.

Измерить небольшие расстояния точнее всего позволяют цефеиды — пульсирующие звезды, с достаточно точной зависимостью светимость-период. Поэтому расстояния до них можно определить, сравнивая их реальную светимость с той, которую видно на Земле.

Астроном Генриетта Ливитт первой признала полезность пульсации цефеид для измерения расстояний в 1913 году. Но первым шагом является измерение расстояний до цефеид независимо от их светимости, с использованием основного инструмента для определения расстояний в космосе — речь идет о параллаксе. Параллакс — это видимое смещение объекта из-за изменения точки зрения наблюдателя (в нашем случае — из-за вращения Земли вокруг Солнца). Этот метод был изобретен древними греками, которые использовали его для измерения расстояния от Земли до Луны.

Последние измерения телескопа «Хаббл» позволили узнать параллакс восьми недавно открытых цефеид в нашей галактике Млечный Путь. Эти звезды примерно в 10 раз дальше, чем все ранее изученные, и находятся на расстояниях между 6000 и 12 000 световых лет от Земли, что делает их достаточно сложными для изучения. Они пульсируют с более длинными интервалами, точно так же, как и цефеиды, наблюдаемые «Хабблом» в далеких галактиках, содержащих еще один надежный критерий определения расстояния — взрывающиеся звезды, так называемые сверхновых типа Ia. Этот тип сверхновых вспыхивает с одинаковой яркостью. Предыдущие наблюдения «Хаббла» позволили получить расстояния до десяти более быстро пульсирующих цефеид, расположенных на расстояниях от 300 до 1600 световых лет от Земли.

Сканирование звезд

Чтобы измерить параллакс с помощью «Хаббла», команде пришлось измерить крошечное колебание цефеид из-за движения Земли вокруг Солнца. Эти колебания составляют всего лишь 1/100 одного пикселя на телескопе, что примерно равно размеру песчинки с расстояния 100 километров.

image1stscihp1812am2000x1700.jpg

Поэтому для обеспечения точности измерений астрономы разработали новый метод, который не предполагалось использовать при запуске «Хаббла». Исследователи изобрели технологию сканирования, в которой телескоп регистрировал положение звезды тысячу раз в минуту каждые шесть месяцев в течение четырех лет.

Команда Рисса получила истинную яркость восьми медленно пульсирующих ближайших звезд и перекрестно сравнила е с яркостью их более отдаленных мигающих кузенов, чтобы снизить неточности в дистанционной «лестнице». Затем исследователи сравнили расстояния, полученные при помощи пульсации цефеид и при помощи сверхновых в этих галактиках, что позволило им еще более точно измерять истинную яркость звезд и, следовательно, более точно вычислять расстояния до сотен сверхновых в дальних галактиках.

Другим преимуществом этого исследования является то, что команда использовала один и тот же инструмент — широкополосную камеру «Хаббла» — чтобы узнать светимости как близлежащих цефеид, так и находящихся в других галактик, устраняя тем самым систематические ошибки, которые практически неизбежно вводятся путем сравнения этих измерений, полученных с разных телескопов.

«Обычно, если вы каждые полгода пытаетесь измерить изменение положения одной звезды относительно другой на этих расстояниях, вы ограничены в своей способности точно определять, где находится искомая звезда», — объяснил Казертано. Используя новую технику, «Хаббл» медленно вращается вокруг Солнца и захватывает изображение нужной звезды как полоску света. «Этот метод позволяет повторять возможности измерения чрезвычайно крошечных смещений из-за параллакса», — добавил Рисс. «Вы измеряете расстояние между двумя звездами используя не один снимок в одной точке пространства, а более тысячи снимков с разных мест, тем самым уменьшая погрешность измерений».

Следующая цель команды состоит в том, чтобы еще больше уменьшить погрешность в определении расстояний до звезд, используя данные «Хаббла» и «Планка». «Точность — вот то, что потребуется, чтобы узнать причину несоответствия полученных результатов», — говорит Казертано.
14

Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий

Мы в соцсетях

Комментарии

–58
Не осилил.
2 марта 2018 в 15:23
#
+4450
Это о том как космические корабли корабли бороздят просторы большого театра.)
2 марта 2018 в 15:32
#
Егор Морозов
+1764
Ладно, краткий пересказ понятным языком: 13 миллиардов лет назад был большой бум, при котором образовалась наша вселенная. Поэтому все галактики разбегаются друг от друга и от точки взрыва. Ученые решили померить, с какой скоростью они это делают, и тут оказалась интересная вещь: раньше галактики разбегались медленнее, чем сейчас. Уппс — подумали ученые: если скорость разбегания зависит от времени, то летят в помойку куча законов физики, где все считали ее постоянной. Соответственно дабы не ломать физику, сейчас решают, какой сделать костыль — а для того, чтобы потом не делать костыль для костыля, пытаются максимально точно узнать, как, собственно, скорость разбегания зависит от времени.
2 марта 2018 в 15:41
#
Егор Морозов
+1764
Не спорю, но на данный момент именно она является общепринятой. А так да, теорий много.
2 марта 2018 в 16:02
#
+520
А центр большого взрыва известен?
А по поводу земных законов,давно был уверен,что все они не точны и в этом мы еще не раз убедимся :)
2 марта 2018 в 16:10
#
Егор Морозов
+1764
Тут проблема в том, что как такового центра... не было. Вернее он везде). Давайте объясню на примере: вот у вас есть точечный воздушный шарик, и мы поставили на нем метку с названием "центр", которая заняла весь шарик, так как он точечный. Теперь вы шарик стали надувать. Что произошло с меткой "центр"? Так как она раньше занимала весь шарик, то и теперь она тоже занимает весь шарик — даже при том, что он надулся и давно уже не представляет собой точку. Аналогично и с центром вселенной. Я написал "центр" в пересказе только лишь для простоты: проще представить картинку разлета осколков (ну или галактик) от центра взрыва. Если же вы хотите сломать себе мозг — можете на гиктаймсе найти статью Илона о том, где случился Большой Взрыв, но предупрежу — это не легкое пятничное чтиво :) .
2 марта 2018 в 16:29
#
+520
Сразу предупрежу,что от данной темы далек.На мой взгляд странное сравнение,кажущееся не корректным по логике.Ведь шарик имеет обусловленную форму которую ему придал производитель.В таком случае «точка» расширяется в тех направлениях,коими этот шарик ограничен.Т.е. распространяется не во всех направлениях,а в плоскости шарика и объемной не становится.Взрыв,как мне кажется,должен распространяться во всех направлениях одинаково,если взрывной волне ничто не мешало.Да и еще вопрос,почему в космосе вакуум в таком случае,а не какой-то газ,если взрывная волна распространялась в одной плоскости?)
4 марта 2018 в 15:33
#
+923
Расскажите лучше как ломание этой чьей-то физики отразится на нас. И что нам с этого костыля. А то действительно — бороздят просторы Большого театра.
2 марта 2018 в 18:39
#
Егор Морозов
+1764
В масштабах Земли — никак не отразится. Как впрочем и 90% всех астрономических открытий последних эдак лет ста.
2 марта 2018 в 18:45
#
Алекс
+119
Просто есть риск подорожания бензина)
3 марта 2018 в 01:33
#
s_medik
+3418
Нужно в конце статьи писать краткое содержание, или сразу же первым комментарием)
2 марта 2018 в 21:47
#
+2
Как я сам понял из этой же статьи.

О том, что галактики разбегаются не с постоянной скоростью, а с ускорением, было известно и ранее. А теперь выяснилось, что и ускорение не постоянное, а всё время увеличивающееся. То есть и раздирающая вселенную Тёмная Сила не постоянна, а всё время нарастает.

Если совсем коротко и просто: у расширения вселенной не только вторая производная не является нулевой, но ещё и третья. И вот это вот уже реально ШОК. O_o
2 марта 2018 в 22:02
#
+4450
Вот у людей работа,
Парсеки меряют..в небо смотрят.)
А тут на работе всю порнуху отключили, за провалы в работе)
2 марта 2018 в 15:30
#
+1706
Такие статьи надо публиковать в понедельник))) В пятницу вечером — и интересно, и мозги не варят...
2 марта 2018 в 15:40
#
kardigan
+3549
Нихера не понял, но плюсик всё равно поставлю.
2 марта 2018 в 16:55
#
StrangeR
+37
Поноберёшь кредитов,а потом Бац и конец света отменяется,и что потом делать
2 марта 2018 в 17:20
#
+33
Азачем это здесь? Очень похоже на боевой листок в советской армии: главное что написано о чем-то
2 марта 2018 в 21:48
#
twinart
+26
Одна из теорий. Не больше. Вы действительно это рассматривайте?
2 марта 2018 в 22:11
#
+1070
«Время на небе и на земле бежит не одинаково! Там мгновенья, тут века!»)))))
3 марта 2018 в 15:57
#
+117
Ждем экранизацию от marvel
4 марта 2018 в 11:40
#
+15
Короче, через сколько лет мы все таки полетим на Луну?
4 марта 2018 в 11:43
#
+21
Ничего не поняла. Зачем все это мерить?
6 марта 2018 в 06:15
#