Наступит ли разрядка хаббловской напряженности?

Скорость расширения Вселенной выражается постоянной Хаббла со странной, исторически сложившейся размерностью; ее наиболее точное современное значение: H0 = 67,4 ± 0,5 км/с/Мпк. Километры с мегапарсеками можно сократить — получим величину 1/(14,4 млрд лет); в знаменателе оказывается величина, близкая к возрасту Вселенной. Эта величина выведена из данных по реликтовому излучению, полученных космическими микроволновыми телескопами WMAP и «Планк», к которым добавлены данные наземных микроволновых телескопов и оптических цифровых обзоров неба. Это «железобетонные», хорошо согласующиеся друг с другом данные, а численный результат базируется на стандартной модели Вселенной под названием ΛCDM (Λ отражает роль темной энергии, CDM — холодная темная материя).

Несколько лет назад группа Адама Рисса совершенно другим методом получила заметно большее значение постоянной Хаббла — около 73 км/с/Мпк. Адам Рисс — человек очень известный и заслуженный, он один из трех лауреатов Нобелевской премии 2011 года за открытие ускоренного расширения Вселенной (темной энергии). Это был тот же метод, который привел Рисса и Перлмуттера к «нобелевскому» открытию: наблюдение «стандартных» сверхновых типа Ia. Только что опубликован препринт [1] с новым результатом группы Рисса: 73,04 ± 1,04 км/с/Мпк. При этом отклонение от результатов команды «Планка» достигло сакральной значимости 5σ — это значение используется в физике высоких энергий как порог признания результата.

Существует расхожее мнение: результаты «Планка» опираются в основном на данные по ранней Вселенной (реликтовое излучение), а результаты команды Рисса — на наблюдения в современной Вселенной. Это создает дополнительную интригу: может быть, верны оба результата, зато неполны наши представления о Вселенной? Действительно, появилось много работ именно в этом ключе: как подправить Стандартную модель, чтобы оба результата с ней согласовывались. Это в принципе возможно, если привлечь новую физику. Более экзотический вариант — подправить уравнение состояния темной энергии. Более рутинный, но всё равно подразумевающий новую физику — допустить распад части темной материи в легкие частицы.

И все-таки самой правдоподобной остается «нулевая гипотеза»: одна или обе оценки ошибочны, никакого противоречия на самом деле нет. Эту проблему на страницах ТрВ-Наука рассматривал Олег Верходанов [2]. Он отмечает, что данные, использованные командой «Планка», исходят не только из ранней Вселенной: там используются так называемые барионные акустические осцилляции — пространственные корреляции между галактиками. Эти корреляции не что иное, как следы анизотропии реликтового излучения в современной Вселенной. Кроме того, среди использованных данных также база данных по сверхновым, только в другой калибровке. Козырь команды Рисса в том, что они калибровали «лестницу расстояний» по более свежим прецизионным данным космического телескопа Gaia. Это метод калибровки, где в качестве промежуточной стандартной свечи используются цефеиды — звезды, периодически меняющие блеск, так что светимость звезды однозначно связана с периодом. Цефеиды есть в нашей Галактике, расстояния до них можно измерить методом параллакса. Цефеиды видны и в других не слишком далеких галактиках, где вспыхивают сверхновые Ia, по ним и калибруются сверхновые. Однако и здесь возможны свои систематические ошибки.

Недавно (в сентябре) вышла еще одна важная статья Венди Фридман [3], где она калибрует сверхновые совершенно другим способом. Она использовала красные гиганты — последнюю стадию эволюции звезд типа Солнца. У красных гигантов есть предельная яркость (вершина ветви красных гигантов), она определяется физикой горения звезд и прекрасно видна на диаграмме Герцшпрунга — Рассела (рис. 1).


Рис. 1. Панель а — диаграмма Герцшпрунга — Рассела для шаровых скоплений, входящих в состав нашей Галактики. Метка TGRB (Tip of the Red Giant Branch) обозначает вершину ветви красных гигантов, использованную для калибровки.
Панель б — красный квадрат с панели а в увеличенном виде с линиями, показывающими величину Н0 при данном уровне калибровки. Цветовая шкала показывает плотность числа звезд на диаграмме

Фридман использовала калибровку ветви красных гигантов Большого Магелланова Облака и применила ее аналогично цефеидам к определению светимости сверхновых. Ее результат ниже, чем у группы Рисса: 69,8 ± 1,9 км/с/Мпк — это больше, чем значение команды «Планка», но не противоречит ему. Она высказывает то же мнение, что и Олег Верходанов: однозначно говорить о необходимости ревизии модели ΛCDM нельзя, так как, возможно, существует еще не понятая систематика в калибровке цефеид. Эволюция результатов измерения постоянной Хаббла представлена на рис. 2.

Рис. 2. Результаты измерения Н<sub>0</sub> разными методами в динамике (из статьи [3])
Рис. 2. Результаты измерения Н0 разными методами в динамике (из статьи [3])
Есть еще одна работа, которую упоминает Верходанов и не упоминает Фридман. Это статья группы из Даремского университета (Том Шэнкс, Люси Хогарт, Найджел Меткалф) [4]. Они также использовали цефеиды и их калибровку по данным Gaia, но по-другому смоделировали систематические ошибки данных и учли «локальную дыру» в распределении галактик (мы живем в области, где галактик меньше, чем в среднем по Вселенной), которая сдвигает измеренную величину Н0 на 1,8%. Их результат: 68,9 ± 1,9 км/с/Мпк, что согласуется с результатами команды «Планка».

Подводя итог: противоречие измерений постоянной Хаббла разными методами статистически значимо, что, конечно, не исключает методических источников расхождений. Калибровка сверхновых — довольно сложная «кухня», которая интересна сама по себе. Анализ методики выходит за рамки данной заметки, но, поскольку сам по себе вопрос очень важен, мы к нему вернемся в виде интервью со специалистами, которое будет выложено на YouTube-канале ТрВ-Наука [5] в конце декабря.

Борис Штерн

1. arxiv.org/pdf/2112.04510.pdf

2. trv-science.ru/2019/06/soglasovanie-skorosti-rasshireniya-vselennoj/

3. iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac0e95

4. arxiv.org/abs/1810.02595v2

5. youtube.com/channel/UCwAVYR-BmFt1bCyCA68Tbbg

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest
11 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
5 месяцев(-а) назад

Вид диаграммы Герцшпрунга-Рассела создает ощущение, что звездный мир — живой, — смесь теплокровных и холоднокровных звезд, — а вовсе не механическое скопление автономных термоядерных реакторов. Нет и намека на четвертую степень зависимости светимости от температуры. В такой интерпретации и закон Хаббла напоминает экспоненциальную фазу роста живого вещества.
Любопытно, — принцип подобия аналогий позволяет, — например, — увидеть общие черты колоний микробов и галактик в сходстве паттернов, схем-образов их жизни, доступных нам. На рисунке приведены фотографии галактики и колонии микробов, — отчетливо виден их вихревой спиралеобразный образ жизни.
Похоже,  мир звезд —  чуть сложней и интересней наших сегодняшних представлений, — это радует.

stars
ричард
ричард
5 месяцев(-а) назад

Он ответит на все вопросы:
https://www.youtube.com/watch?v=21X5lGlDOfg

Гаджиев М.Г.
4 месяцев(-а) назад

Отличная идея сократить километры с мегапарсеками. Так как Н не только скорость, но и правая часть некоего уравнения, подставляя вместо нее 1/Т, а еще лучше 1/t (что для настоящего времени одно и то же), в результате интегрирования получаем a=t.Что бы это значило?

Владимир
Владимир
3 месяцев(-а) назад

никто не задается вопросом вектора расширения, от чего и в какую сторону вместе с нами оно происходит. Пока всё сводится в тому, что расширение происходит во все стороны одинаково от нас наблюдателей. Я бы не сбрасывал со счетов возможность понижения амплитуды светового излучения с расстоянием, или с частичной потерей мощности ультрафиолетовой части спектра, что дает это красное смещение.

Виталий
Виталий
3 месяцев(-а) назад

А если потояная Хаббла хоть и слабо, номеняется со временем, то оба значения верны, только между ними почти 13 мдрд.лет.

Паша
Паша
3 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Виталий

Она совсем неслабо меняется со временем, приблизительно как 1/t, что, разумеется, всеми учитывается. Когда говорят о постоянной Хаббла, подразумевают ее постоянность в пространстве, а не во времени. Но, именно
поэтому, мне этот термин совсем не нравится, кажется более предпочтительным
говорить о «параметре Хаббла».

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
3 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Паша

А можно ссылку? — на работу, где показано, что параметр Хаббла «…меняется со временем, приблизительно как 1/t …».

Паша
Паша
3 месяцев(-а) назад
Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
3 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Паша

Спасибо.
В вашей ссылке есть только гипотетическое утверждение, — что «…Параметр Хаббла может меняться со временем, если другие части уравнения (Фридмана) зависят от времени…».  
Если с ним согласиться, то с эмпирическим уравнением Хаббла придется распрощаться, — это не воодушевляет, — ведь в интегральной форме оно выглядит привлекательно и вызывает много ассоциаций и аналогий
r(t)=r0*exp(H0*t)
Уравнение — простейшая модель положительной обратной связи, — и пригодно для описания динамики всех известных нам процессов с размножением – от ядерного взрыва до эмбриогенеза и роста популяций любых живых дискретностей.

Паша
Паша
3 месяцев(-а) назад

Знаете, я не готов тут пытаться разъяснять азы современной космологии, тем более, что я не уверен, что это Вам нужно :) Пока Вы не пытаетесь нaучной деятельностью зарабатывать себе на жизнь, Вы можете (не)воодушевляться чем угодно, Ваше право! :)

Да, в целом, для заинтересованных читателей — иногда определяют константу Хаббла как значение параметра Хаббла на сегодняшний день. Тогда эта величина по определению от времени не зависит. Далее, если темная энергия представляет собой т.н. Лямбда член, то в дальнейшем и параметр Хаббла не будет зависить от времени. Но, в прошлом над темной энергией доминировало обычное вещество, для него справедливо то, что я написал выше..

Последняя редакция 3 месяцев(-а) назад от Паша
Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
3 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Паша

Сочувствую и деликатно замечу — может Вам не надо и пытаться?, — тогда и вопросов не будет, — и никто не будет мешать «…нaучной деятельностью зарабатывать себе на жизнь…» в пределах корпоративной дозволенности.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (6 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: