Використавши галактики як величезні гравітаційні лінзи, міжнародна група астрономів з допомогою Космічного телескопа імені Габбла виконала незалежним методом вимірювання швидкості розширення Всесвіту. Визначена швидкість розширення для локального Всесвіту (відстань до 10 млрд світлових років від Землі — І.К.) узгоджується з результатами, отриманими раніше. Однак її значення не збігається з результатами вимірювань для раннього Всесвіту. Це натякає на фундаментальну проблему, що лежить в основі нашого розуміння космосу.
Стала Габбла (швидкість, з якою віддаляються об’єкти, що перебувають один від одного на великих відстанях) — один з основних параметрів, який характеризує розширення Всесвіту. Група астрономів з колаборації H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring) на чолі з Шеррі С’ю [Sherry Suyu] (співпрацює з Інститутом астрофізики імені Макса Планка в Німеччині, Інститутом астрономії та астрофізики Академії Сініка (Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics, ASIAA) на Тайвані й Технічним університетом Мюнхена) використали Космічний телескоп імені Габбла та інші космічні й наземні телескопи [1] для спостережень п’яти галактик з метою незалежного вимірювання значення сталої Габбла [2].
На світлині змонтовано п’ять різних зображень квазарів і галактик переднього плану, які досліджені науковцями з колаборації H0LICOW. Завдяки цим об’єктам астрономи змогли виконати незалежне вимірювання сталої Габбла. Її значення вказує на те, що розширення Всесвіту відбувається швидше, ніж передбачають космологічні моделі. Фото з сайту www.spacetelescope.org.
Нове вимірювання абсолютно незалежне, але отримане значення сталої Габбла добре узгоджуються з іншими її вимірами в локальному Всесвіті, які виконано зі спостережень змінних зір-цефеїд і Наднових.
Однак, значення, виміряне С’ю і її командою, а також з допомогою цефеїд і Наднових, відрізняються від вимірів, зроблених за результатами спостережень європейського космічного апарата «Планк». Щоправда, є суттєва відмінність — «Планк» шляхом спостережень космічного мікрохвильового фону визначив сталу Габбла для раннього Всесвіту.
Якщо значення сталої Габбла, визначене зондом «Планк», відповідає нашому сучасному розумінню космосу, то значення, отримані різними групами астрономів для локального Всесвіту, суперечать усталеній теоретичній моделі Всесвіту. «Швидкість розширення Всесвіту нині стали вимірювати різними методами з такою високою точністю, що фактичні розбіжності можуть, можливо, вказувати на нову фізику за межами нашого нинішнього знання про Всесвіт» — уточнює С’ю.
Об’єктом дослідження були масивні галактики, розташовані між Землею і віддаленими квазарами — дуже яскравими ядрами галактик. Світло від квазарів, що лежать далі, заломлюється біля величезних мас галактик унаслідок сильного гравітаційного лінзування [3]. Це спричиняє утворення кількох зображень квазара, а деякі з таких зображень зливаються в протяжні дуги.
Оскільки галактики не роблять ідеально сферичних спотворень в «тканині» простору й також зображення, що виникають внаслідок лінзування, не шикуються у просторі ідеально, то світло від різних зображень квазара йде шляхами, які мають трохи різну довжину. Яскравість квазарів змінюється з плином часу, а тому астрономи можуть спостерігати мерехтіння різних зображень цих об’єктів в різний час, спричинене відмінностями в довжині шляхів, пройдених зареєстрованим світлом. Ці затримки прямо пов’язані з величиною сталої Габбла. «Наш метод — найпростіший і прямий спосіб вимірювання сталої Габбла, бо він використовує лише геометрію і загальну теорію відносності, без будь-яких інших припущень» — пояснює Фредерік Коурбін (Frédéric Courbin) з Федеральної політехнічної школи Лозанни (Ecole polytechnique federale de Lausanne, EPFL) в Швейцарії.
Використавши точні вимірювання тимчасових затримок між декількома зображеннями, а також комп’ютерні моделі, науковці визначили значення сталої Габбла з дивовижно високою точністю: 3,8% [4]. «Точне вимірювання сталої Габбла — один з найпотрібніших нині призів у космологічних дослідженнях» — підкреслює член команди Вів’єн Бонвіт (Vivien Bonvin) з EPFL. С’ю додає: «Стала Габбла має вирішальне значення для сучасної астрономії, бо може допомогти підтвердити або спростувати нашу картину Всесвіту — чи справді він складається з темної енергії, темної матерії і звичайної матерії, чи ми чогось фундаментального не знаємо».
Примітки
[1] Для своїх досліджень науковці використали, окрім Космічного телескопа імені Габбла, телескопи Кека, Дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії, телескоп «Субару», телескопи Джеміні, телескоп імені Віктора Бланко, Канадсько-французький гавайський телескоп і космічний телескоп «Спітцер». А також дані з швейцарського 1,2-метрового телескопа Леонарда Ейлера та 2,2-метрового телескопа MPG/ESO.
[2] Метод тимчасової затримки гравітаційного лінзування, який використали астрономи, щоб виміряти значення сталої Габбла, має особливе значення, бо він мало залежить від трьох складових нашого Всесвіту: звичайної матерії, темної матерії і темної енергії. Хоча вони не повністю розділені, метод залежить від них слабо.
[3] Гравітаційне лінзування вперше було передбачене Альбертом Айнштайном понад сто років тому. Вся матерія у Всесвіті деформує простір навколо себе, але великі маси справляють помітно виражений ефект. Біля дуже масивних об’єктів, таких як галактики, світло, що проходить повз, слідує за цими спотвореннями простору й відчутно відхиляється від свого початкового шляху. Це явище відоме, як сильне гравітаційне лінзування.
[4] Команда H0LiCOW визначила значення сталої Габбла 71,9 ± 2,7 кілометрів в секунду на мегапарсек. У 2016 році науковці з допомогою Космічного телескопа імені Габбла отримали значення 73,24 ± 1,74 кілометрів в секунду на мегапарсек. У 2015 році зонд Європейського космічного агентства «Планк» виміряв сталу з найвищою досі точністю й отримав значення 66,93 ± 0,62 кілометрів в секунду на мегапарсек.
Результати дослідження викладені в низці праць, які оприлюднить журнал «Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства» (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).
За інф. з сайту www.spacetelescope.org підготував Іван Крячко
