От десетилетия учените се борят с това, което се смята за най-фундаменталния въпрос за Космоса: Колко бързо се разширява нашата Вселена?
Скоростта на разширяване влияе на всичко – от това как се формират галактиките до начина, по който един ден биха могли да се раздалечат. Определянето на скоростта на разширяване на Вселената, число, наречено константа на Хъбъл, оформя цялото ни разбиране за Космоса, неговата възраст и крайната му съдба.
Учени оцениха сами ли сме във Вселената
Загадката на разширението
За съжаление, въпреки че много брилянтни умове са посветили живота си на намирането на отговора на тази загадка, всички, които са опитвали досега, са се провалили, сблъсквайки се многократно със стена, станала известна като напрежението на Хъбъл.
Адам Рийс, физик от университета „Джон Хопкинс“ в Балтимор, е в челните редици на този дебат. „С отхвърлянето на грешките в измерването, това, което остава, е реалната и вълнуваща възможност да сме разбрали погрешно Вселената“, признава Рийс.
Рийс, който спечели Нобелова награда за откритието, че разширяването на Вселената се ускорява поради тъмната енергия, работи неуморно, за да разреши напрежението на Хъбъл.
Защо константата на Хъбъл има значение?
Но преди да се гмурнем по-дълбоко, нека изясним защо скоростта на разширяване – наречена константа на Хъбъл – е толкова важна, пише Earth.com.
Наречена на Едуин Хъбъл, който пръв забелязва, че галактиките се отдалечават от нас, тази константа ни помага да начертаем историята и бъдещето на всичко, което виждаме в нощното небе. Определянето ѝ с точност е основна цел на астрономите от десетилетия.
Когато космическият телескоп „Хъбъл“ е изстрелян през 1990 г., една от основните му цели е да се определи скоростта на разширяване на Вселената. Преди „Хъбъл“ оценките за възрастта на Вселената варират от 10 до 20 милиарда години – огромна несигурност.
Благодарение на наблюденията на „Хъбъл“ върху променливите звезди цефеиди – звезди, които пулсират на редовни интервали и служат като космически фарове – сега имаме по-точна възраст от около 13,8 милиарда години.
„Джеймс Уеб“ идва на помощ?
Някои учени си задавали въпроса дали несъответствията в измерванията се дължат на грешки в данните на „Хъбъл“. Може би, разсъждавали те, начинът, по който „Хъбъл“ измерва разстоянията, има някои скрити недостатъци.
След това идва космическият телескоп „Джеймс Уеб“, изстрелян с голяма заявка като наследник на „Хъбъл“. Инфрачервените наблюдения на цефеидите от „Джеймс Уеб“ съвпадат перфектно с оптичните данни на „Хъбъл“.
„Комбинирането на „Джеймс Уеб“ и „Хъбъл“ ни дава най-доброто от двата свята. Откриваме, че измерванията на „Хъбъл“ остават надеждни, докато се изкачваме по-далеч по стълбата на космическото разстояние“, обяснява Рийс.
„Хъбъл“ срещу „Уеб“ срещу разширението
Въпреки новите данни напрежението между измерванията остава. Телескопите „Хъбъл“ и „Уеб“ потвърждават една скорост на разширяване на Вселената въз основа на наблюдения на Локалната вселена. Междувременно наблюдения от ранната Вселена, като тези от картографирането на космическото микровълново фоново лъчение на спътника „Планк“, предполагат друго.
Учени вярват, че съзнанието може да обхваща цялата Вселена
Това кара космолозите да се чешат по главите. Има ли нещо в структурата на Космоса, което все още не разбираме? Дали разрешаването на това несъответствие изисква нова физика, или има друго обяснение?
През октомври 2024 г., както беше съобщено от НАСА, Бренда Фрай от университета в Аризона и международен екип предприемат различен подход. Те използват свръхнови с гравитационни лещи за измерване на константата на Хъбъл – метод, независим от предишни техники.
Докато наблюдават гъсто населен галактичен куп, те забелязват нещо необичайно. „Какви са тези три точки, които не са били там преди? Възможно ли е това да е свръхнова?“, пита се екипът.
Оказва се, че това е свръхнова от тип Ia – експлозия на звезда бяло джудже, увеличена и разделена на множество изображения от ефекта на гравитационната леща на намесващия се галактически куп.
Какво представляват гравитационните лещи?
Гравитационните лещи са важни за този експеримент. Лещата, състояща се от куп галактики, разположени между свръхновата и нас, огъва светлината на свръхновата в множество изображения.
Този ефект не само увеличава свръхновата, но също така позволява на учените да измерват времевите закъснения между изображенията, осигурявайки друг начин за изчисляване на константата на Хъбъл. Техните анализи потвърждават, че тези точки съответстват на експлодираща звезда с редки качества.
Работата на екипа установява константна стойност на Хъбъл от 75,4 километра в секунда на мегапарсек, плюс 8,1 или минус 5,5 (един мегапарсек е около 3,26 милиона светлинни години).
„Резултатите на нашия екип са впечатляващи: Стойността на константата на Хъбъл съвпада с други измервания в Локалната вселена и е донякъде в противоречие със стойностите, получени, когато Вселената е била млада“, заключава Фрай.
И така, какво ни говори това?
Напрежението на Хъбъл не изчезва. Може би ни казва, че има нова физика, която чака да бъде открита. Може би нашето разбиране за тъмната енергия, тъмната материя или други фундаментални сили трябва да бъде преразгледано.
„Трябва да разберем дали пропускаме нещо за това как да свържем началото на Вселената и днешния ден“, посочва Рийс. Възможно е нови теории или модификации на съществуващи да преодолеят празнината.
Възможно ли е решението да се крие в нещо напълно неочаквано? Може би има нова частица или сила, която влияе на скоростта на разширяване. Или може би природата на тъмната енергия се променя с времето.
Някои теории дори предполагат съществуването на допълнителни измерения или модификации на гравитацията в големи мащаби. Също така си струва да се има предвид, че Вселената може да не е еднаква във всички посоки.
Ако има вариации в плътността на материята и енергията на огромни разстояния, това може да повлияе на скоростта на разширяване по начини, които не сме отчели напълно. Може би всички са напълно неоснователни и тъмната материя дори не съществува? Или може би търсим на грешното място – ами ако отговорите могат да бъдат намерени чрез търсене на тъмна материя в скалите на Земята?
Едно нещо е сигурно: Космосът не се отказва лесно от своите тайни. Но това е част от тръпката на науката. Всеки отговор води до нови въпроси.
Константа на Хъбъл, напрежение на Хъбъл, мистериозна Вселена
В крайна сметка Вселената ни напомня, че все още има толкова много неща, които не знаем. Стремежът да разберем колко бързо се разширява тя, е довел до някои очарователни открития и още по-интригуващи въпроси.
Учени като Адам Рийс и Бренда Фрай са използвали мощни инструменти като космическите телескопи „Хъбъл“ и „Джеймс Уеб“, за да измерват константата на Хъбъл с нарастваща прецизност.
Нещо незнайно я свързва: тъмната материя взаимодейства без гравитация
Техните усилия потвърждават, че Локалната вселена се разширява с определена скорост, но това не съвпада съвсем с измерванията от ранната Вселена.
Това несъответствие, известно като напрежението на Хъбъл, предполага, че може да има нещо, което пропускаме в нашето разбиране за Космоса. Ясно е, че Вселената не се отказва лесно от тайните си и това прави нещата вълнуващи както за астрономите, така и за физиците.
Докато гледаме напред, предстоящите мисии като космическия телескоп „Нанси Грейс“ на НАСА и мисията „Евклид“ на Европейската космическа агенция предлагат надежда за нови прозрения. Дотогава можем да се чудим на факта, че сме част от непрекъснато разширяваща се Вселена, която все още е пълна с изненади.
Пълното изследване е публикувано в Astrophysical Journal Letters.
