Гравитационные волны углубили загадку расширения Вселенной, заявляют ученые

Будущие замеры такого рода помогут разрешить главный парадокс космологии, заявляют ученые в журнале Nature Astronomy, передает ria.ru

"По текущим оценкам, нам нужно еще примерно 15 событий для того, чтобы измерить постоянную Хаббла с точностью в 1%. Конечно, далеко не все из них будут достаточно качественными, однако в конечном итоге гравитационные волны помогут нам понять, что порождает расхождения в разных замерах скорости расширения Вселенной", — пишут исследователи.

Еще в 1929 году знаменитый астроном Эдвин Хаббл доказал, что наша Вселенная не стоит на месте, а постепенно расширяется. В конце прошлого века астрофизики обнаружили, наблюдая за сверхновыми первого типа, что она расширяется не с постоянной скоростью, а с ускорением. Причиной этого сегодня считается "темная энергия" – загадочная субстанция, заставляющая пространство-время растягиваться все быстрее и быстрее.

В июне 2016 года, нобелевский лауреат Адам Рисс и его коллеги, открывшие этот феномен, вычислили точную скорость расширения Вселенной сегодня, используя переменные звезды-цефеиды в Млечном Пути и в соседних галактиках, расстояние до которых можно вычислить со сверхвысокой точностью.

Это уточнение дало крайне неожиданный результат – оказалось, что две галактики, разделенные расстоянием примерно в 3 миллиона световых лет, разлетаются со скоростью около 73 километров в секунду. В этом году они опубликовали дополненные результаты наблюдений, в которых это значение стало еще выше - 74 километра в секунду.

Новые замеры Рисса и его коллег оказались почти на 10% выше, чем показывают данные, полученные при помощи орбитальных телескопов WMAP и Planck – 69 километров в секунду, и ее невозможно объяснить при помощи имеющихся у нас представлений о природе темной энергии и механизме рождения Вселенной.

Эти расхождения заставили космологов задуматься о двух возможных путях объяснения этой аномалии. С одной стороны, вполне возможно, что замеры "Планка" или Рисса и его коллег являются ошибочными или неполными. С другой — вполне допустимо и то, что в ранней Вселенной могла существовать и третья "темная" субстанция, отличная от темной материи и энергии, а также то, что последние могут быть нестабильными и постепенно распадаться.

Кента Хотокезака (Kenta Hotokezaka) из Принстонского университета (США) и его коллеги сделали эту проблему еще более острой и неоднозначной, осуществив первые относительно точные замеры скорости расширения Вселенной, используя гравитационную обсерваторию LIGO и ряд "обычных" оптических телескопов.

Первые замеры такого рода, как отмечает астрофизик, ученые провели еще в конце 2017 года, когда LIGO зафиксировал всплеск, порожденный слиянием двух нейтронных звезд, а сотни наземных и космических телескопов смогли локализовать его источник в галактике NGC 4993 в созвездии Гидры.

Первые замеры LIGO были близки к данным, полученных командой Рисса, что многие ученые посчитали еще одним свидетельством того, что скорость расширения Вселенной могла заметно измениться. Хотокезака и его коллеги выяснили, что это не обязательно так, проследив не только за гравитационными волнами, но и за вспышкой света и выбросом материи, порожденные этим катаклизмом.

В этих наблюдениях ученым помогло то, что этот поток раскаленной плазмы, джет на языке физиков, был направлен не прямо на Землю, а несколько в сторону от нее. Благодаря этому наблюдателям на нашей планете кажется, что он движется примерно в четыре раза быстрее скорости света, "нарушая" теорию относительности, подобно солнечному зайчику или тени.

Это свойство выбросов, вкупе с замерами "толщины" джета у его начальной точки, позволяют очень точно определить то, в какую сторон он был направлен по отношению к Земле и измерить скорость его движения. Все эти данные, в свою очередь, позволяют уточнить расстояние до источника гравитационных волн и точнее вычислить то, насколько сильно они "растянулись" за время путешествия от галактики NGC 4993 к Земле.

Подобные уточнения, как отмечает Хотокезака, принесли большую неожиданность – значение постоянной Хаббла стало ближе не к замерам Рисса и его коллег, а к результатам "Планка" и других телескопов, наблюдавших за микроволновым эхо Большого Взрыва.

С одной стороны, это действительно может говорить о том, что нобелевский лауреат и его коллеги ошибаются, а с другой – точность "гравитационных" замеров по-прежнему остается заметно ниже – он составляет около 7%, чем и у тех, и у других участников этого вселенского спора (меньше 2%). Текущие результаты, подчеркивает ученый, соответствуют и той, и другой теории, однако ситуация изменится уже в самом скором времени.

По текущим оценкам научных команд LIGO и его итальянского "кузена" ViRGO, обе гравитационных обсерватории должны находить около десяти подобных событий в год. Соответственно, в ближайшие 2-3 года можно надеяться на то, что наблюдения за слияниями нейтронных звезд помогут нам однозначно выяснить, существует ли "новая физика" в расширении Вселенной или нет, заключают авторы статьи.