Мистерията около разширяването на Вселената се задълбочава с нови данни

Част от новата карта на космическото микровълново фоново лъчение на Вселената, представляваща пространство от 20 милиарда светлинни години. Източник: ACT Collaboration

Нова карта на ранната Вселена подсили дългогодишната главоблъсканица в астрономията за това колко бързо се разширява Космосът. Данните – събрани с помощта на телескоп в чилийската пустиня Атакама – поддържат предишните оценки за възрастта, геометрията и еволюцията на Вселената.
Но откритията се сблъскват с измерванията на това колко бързо галактики се разминават една от друга и предричат, че Вселената трябва да се разширява със значително по-бавни темпове, отколкото се наблюдава в момента.

Космологичният телескоп Атакама (КТА) картографира космическия микровълнов фон (КMФ), радиационното „светене“ на Големия взрив. Констатациите, базирани на данни, събрани от 2013 г. до 2016 г., бяха публикувани на 15 юли посредством предварително напечатани данни в хранилище 1,2 на arXiv.
КМФ лъчението идва от всички посоки на космоса, но не е напълно равномерно: неговите вариации в небето показват, че регионите на ранната Вселена се различават леко по температура, с по-малко от 0,03 келвина. През последните две десетилетия космолозите са използвали онези минутни вариации – заедно с утвърдена теория, която наричат стандартния модел – за да изчислят някои от основните характеристики на структурата и еволюцията на Вселената, включително нейната възраст и плътността на материята.
Космолозите също така използват вариациите, за да предскажат скоростта, с която Вселената се разширява в момента, мярка, известна като константата на Хъбъл, кръстена на американския астроном Едуин Хъбъл.

Телескопът „Планк“ на Европейската космическа агенция картографира цялото небе на КМФ от 2009 до 2013 г. с безпрецедентна точност и неговите наблюдения се считат за златен стандарт на космологията на КМФ. Данните от КТА сега потвърждават откритията на „Планк“ и дават много сходна стойност за константата на Хъбъл.
Но нито един от резултатите не съответства на директни измервания на константата на Хъбъл – разминаване, което стана известно като напрежение на константата на Хъбъл. Астрономите, които използват яркостта на определени видове експлозии на звезди и свръхнови, по-известни като стандартни свещи, за да изчислят скоростта на разширяване, установяват, че галактиките се раздалечават една от друга приблизително с 10% по-бързо, отколкото прогнозите на КМФ картите.
Много изследователи се надяваха, че с увеличаването на точността на техниките, разликата ще се съкрати. Вместо това, статистическото намаляване на възможните грешки за всеки тип изследване само прави несъответствието по-значително.

Космологичният телескоп Атакама. Източник: Дебра Келнер

КТА е първият наземен КМФ експеримент, който би могъл да предизвика резултатите на „Планк“, споделя Ерминия Калабрезе, космолог от Кардифския университет, Великобритания, която ръководи анализа на данните. Дизайнът и разположението на телескопа, точно в тропиците, му позволява да картографира повече от КМФ небето, отколкото другите телескопи, наземни или въздухопреносими, които обикновено са ограничени до по-малки региони.
Картографирането на небето в голям мащаб е от решаващо значение за изчисляването на ключовите параметри на космическото разширение, казва Калабрезе. Друга сила на КТА беше, че ъпгрейдът през 2013 г. му позволи да направи точни измервания на поляризацията на радиацията на КМФ, съобщава главният изследовател Сюзън Стагс от Принстънския университет в Ню Джърси. Данните от поляризацията разкриват как на преден план галактиките влияят върху движението на КМФ и спомагат за по-голямата прецизност на космологичните измервания.

„За първи път имаме два набора данни, измерени независимо и с достатъчно точност, за да направим сравнение“, допълва Калабрезе. След като е била и член на екипа на „Планк“, тя казва, че е било облекчение да се установи, че прогнозите на двата експеримента относно константата на Хъбъл съвпадат в рамките на 0,3%.
Това споразумение между КТА и „Планк“ за константата на Хъбъл е „наистина основен момент”, казва Пол Щайнхард, теоретичен физик от Принстънския университет. „Много съм впечатлен от качеството на новите данни и техния анализ“, добавя той.
„Винаги е добре да имаме независими проверки и мисля, че това наистина го осигурява“, казва Уенди Фрийдман, астроном от Чикагския университет в Илинойс и пионер по отношение на единицата за измерване на интензитета на светлинни източници –стандартна свещ. Адам Риес, астроном от университета „Джон Хопкинс“ в Балтимор, Мериленд, който ръководи голяма част от иноваторската работа, свързана със стандартните свещи, допълва, че съгласуването на данните на КТА с „Планк“ е „успокояващо“ и „свидетелство за качеството на експериментаторската работа и прецизност“.

Напрежението върху константата на Хъбъл обаче остава. Техниките, разработени от няколко екипа, включително един, ръководен от Фрийдман, могат да помогнат за премахването му. Щайнхард смята, че измерванията в крайна сметка ще се уеднаквят, тъй като експериментаторите усъвършенстват своите методи.
Риес обаче споделя, че може би стандартният модел на космологията е погрешен. „Усещам, че се случва нещо интересно.“

Източник: Nature

Превод: Георги Жечев



2020-09-16 09:49:28

Мистерията около разширяването на Вселената се задълбочава с нови данни