Самый мощный телескоп NASA "Джеймс Уэбб" (JWST) снова обескуражил научное сообщество. Новые данные, полученные в ходе исследований, проведенных учеными из Университета Джонса Хопкинса, указывают на то, что наши представления о Вселенной могут быть неполными. Точнейшие замеры расстояний между галактиками позволили обнаружить ранее неизвестные особенности космического пространства.
Новые данные стали неожиданными для ученых
Согласно последним исследованиям, Вселенная расширяется со скоростью на 8-12% превышающей прогнозы современных космологических моделей. Ученые предполагают, что причиной такого ускорения может быть некая неизвестная нам сила, воздействующая на космическое пространство.
Ускорение расширения Вселенной, впервые замеченное космическим телескопом "Хаббл" в 1998 году и первоначально списанное на погрешность измерений, теперь получило неопровержимое подтверждение благодаря двум годам наблюдений на JWST.
По словам профессора Адама Рисса, обладателя Нобелевской премии, эти данные подтверждают: понимание современных ученых о зарождении и развитии Вселенной не слишком правильное. Он говорит: "Мы теперь точно знаем, что Вселенная расширяется стремительнее, чем наши лучшие теории могли бы объяснить".
Расширение Вселенной – важный предмет для изучения
В своих первых исследованиях профессор Рисс применил космический телескоп "Хаббл" для расчета пути до множества галактик. Полученные данные позволили ему установить, что расширение Вселенной происходит с ускорением, равным 72,8 километра в секунду на мегаперсек.
Результаты исследования оказались неожиданными, так как противоречили общепринятым представлениям о темпах расширения Вселенной. Полученное значение скорости расширения (72,8 км/с/Мпк) существенно превышало теоретические прогнозы (67-68 км/с/Мпк). Это свидетельствовало о наличии несоответствия между наблюдаемыми данными и стандартной космологической моделью. Это расхождение получило название "напряжение Хаббла".
Как проводилось уникальное исследование
Применяя самый мощный космический телескоп NASA, Джеймс Уэбб, профессор Рисс провел новые исследования, подтверждающие ранее сделанное им открытие, отмеченное Нобелевской премией. В центре внимания ученых оказались галактики, содержащие пульсирующие звезды — цефеиды.
В исследовании использовались цефеиды — звезды, чья пульсация служит надежным индикатором их светимости. Благодаря этому свойству цефеиды стали своего рода "космическими маяками", позволяющими измерять расстояния до галактик.
Приняв галактику NGC 4258 за эталон, ученые провели измерения для части выборки галактик, ранее исследованных телескопом "Хаббл". Несмотря на меньший объем данных, точность измерений удалось повысить в четыре раза по сравнению с предыдущими исследованиями.
По состоянию звезд можно многое сказать о Вселенной
Чтобы повысить надежность полученных данных, исследователи провели дополнительные измерения, используя другие типы звезд: углеродные звезды и красные сверхгиганты. Анализ этих звезд позволил независимо подтвердить результаты, полученные с помощью цефеид.
Новые данные подтверждают предыдущие измерения "Хаббла": галактики удаляются со скоростью около 72,6 км/с/Мпк. Профессор Рисс подчеркивает, что такое расхождение с теоретическими моделями говорит о необходимости пересмотреть наши представления о Вселенной.
Подтверждение результатов друг другом двух ведущих космических обсерваторий НАСА свидетельствует о серьезности проблемы расхождения в значениях постоянной Хаббла. Это не только ставит перед учеными новые вопросы, но и открывает широкие перспективы для новых открытий о ранней Вселенной. Существующие модели не в полной мере описывают процессы, происходившие в первые мгновения ее существования.
Стоит ли ученым пересмотреть свое понимание о Вселенной
Сиянг Ли, аспирант Университета Джонса Хопкинса и соавтор исследования, говорит: "Результаты "Уэбба" можно интерпретировать, как предположение о том, что, возможно, существует необходимость в пересмотре нашей модели Вселенной, хотя на данный момент очень сложно определить, в чем именно она заключается".
Стандартная модель космологии предоставляет согласованное объяснение множества наблюдаемых явлений, включая эволюцию галактик, свойства реликтового излучения и распространенность химических элементов. Все эти объяснения опираются на хорошо установленные физические законы. Однако ничто из того, что удалось наблюдать ученым, не объясняет, почему Вселенная должна ускоряться с такой высокой скоростью.
Видимая нами материя составляет лишь малую часть Вселенной (около 4%). Остальные 96% приходятся на темную материю и темную энергию. Темная материя, возможно, отвечает за расширение Вселенной, но ее точная природа остается неизвестной. Несмотря на многочисленные исследования, парадокс Хаббла, обнаруженный в 1998 году, до сих пор не имеет окончательного объяснения.
Что вообще такое темная материя
Это одна из величайших загадок современной космологии. Ученые пытаются понять ее природу, создавая детальные компьютерные модели, которые имитируют разброс темной материи во Вселенной. По представлениям современных ученых, темная материя возникла вместе с обычной материей после Большого взрыва, но в отличие от последней, она не взаимодействует со светом и поэтому невидима для наших телескопов
Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга, говорит: "Мы до сих пор не знаем, что такое темная материя. Физики не могут ее обнаружить, а астрономы лишь косвенно подтверждают ее существование по гравитационному воздействию на галактики, которое гораздо сильнее, чем можно было бы объяснить видимым веществом".
Ее не видно, но она точно есть
За пределами центра галактик действует загадочная сила притяжения, источником которой является невидимая масса. Это не обычное вещество, знакомое нам по атомам. Ученые предполагают, что это частицы неизвестного типа, которые пронизывают все пространство, включая нас самих, но пока остаются недоступными для прямого наблюдения.
Также ученые судят о существовании темной материи по дополнительным признакам. Это можно понять по распадам скоплений звезд, которые были бы невозможны без взаимодействия с неким веществом, пока неизвестным. Оценить наличие темной материи можно и по эффекту гравитационной линзы. Лучи света искривляются от скопления галактик, и исходят они от расположенных за ними объектов.
Ученым еще многое предстоит открыть и понять
Профессор Рейсс указывает на существенные пробелы в наших знаниях о Вселенной. В частности, мы очень мало знаем как о темной материи, так и о темной энергии. Ученые предлагают различные объяснения этих явлений: от существования новых частиц, таких как нейтрино, до необычных свойств гравитации.
Ученый говорит, что в будущем специалистам понадобятся дополнительные наблюдения, чтобы лучше понять эту важную подсказку. В конечном итоге это может помочь предложить теорию, объясняющую, почему наши предсказания и наблюдения о Вселенной не совпадают.
Профессор Рейсс добавляет: "Составляет ли несоответствие на нижнем пределе, 4-5 процентов, или на верхнем пределе, 10-12 процентов, то, что допускают текущие данные? В каком диапазоне космического времени оно присутствует? Как только мы это узнаем, это даст дополнительную информацию для новых идей".
