Самое масштабное за всю историю астрофизики исследование космоса пришло к выводу, который ставит учёных в тупик: стандартная модель космологии не справляется с объяснением того, как именно расширяется Вселенная. Чего-то не хватает. И это «чего-то» пока никто не может назвать.
Проблема не новая, но теперь она получила самую весомую доказательную базу из когда-либо собранных. Исследователи использовали так называемую «космическую лестницу расстояний» — метод, при помощи которого астрономы вычисляют скорость расширения Вселенной, выстраивая цепочку измерений: от ближайших звёзд до самых далёких галактик. Каждая ступень этой лестницы опирается на предыдущую, и вся конструкция должна сходиться в одну цельную картину. Она не сходится.
Конфликт касается числа, которое в космологии принято называть постоянной Хаббла. Это коэффициент, описывающий скорость, с которой галактики удаляются друг от друга. Когда его измеряют по данным ранней Вселенной — через реликтовое излучение — получается одно значение. Когда его высчитывают по наблюдениям за современными объектами через ту самую лестницу расстояний — получается другое, заметно большее. Расхождение устойчивое, воспроизводимое и теперь подтверждённое наиболее полным из существующих наборов данных. Специалисты называют это противоречие «хаббловским напряжением».
Стандартная модель космологии, которую физики сокращённо обозначают как ΛCDM — то есть модель с тёмной энергией и холодной тёмной материей — десятилетиями считалась надёжным фундаментом. Она объясняет многое: крупномасштабную структуру Вселенной, распределение галактик, реликтовое излучение. Но именно в точке расширения модель начинает давать трещину. Новое исследование, опирающееся на наиболее полный набор астрофизических данных из когда-либо собранных, фактически подтверждает: трещина реальная, а не результат ошибки в измерениях.
Долгое время у учёных оставалась надежда, что проблема решится сама собой — когда накопится достаточно точных данных и окажется, что расхождение было артефактом несовершенных инструментов. Новая работа эту надежду отодвигает. Чем точнее становятся измерения, тем отчётливее видно: расхождение не исчезает. «Что-то всё равно не сходится», — такова формулировка, которую исследователи сочли достаточно честной, чтобы вынести её в заголовок своих выводов.
Космическая лестница расстояний работает следующим образом. На нижних ступенях — параллакс, геометрический метод для ближайших звёзд. Выше — цефеиды, пульсирующие звёзды с известной светимостью, которые позволяют судить о расстоянии до соседних галактик. Ещё выше — сверхновые типа Ia, используемые как стандартные свечи для измерения расстояний до объектов на краю наблюдаемой Вселенной. Каждый переход между ступенями может вносить ошибку, и именно поэтому учёные так долго подозревали системную погрешность. Новый анализ проверил каждый из этих переходов с максимальной тщательностью. Погрешность не объясняет расхождение.
Это означает, что либо в самой физике есть что-то, чего мы не понимаем, либо стандартная модель нуждается в серьёзной правке. Среди возможных объяснений обсуждаются: неизвестные свойства тёмной энергии, существование новых частиц в ранней Вселенной, взаимодействия, которые не вписываются в нынешние уравнения. Ни одно из них пока не стало консенсусным.
Ситуация не катастрофична для науки — она продуктивна. Именно такие устойчивые аномалии в истории физики предшествовали крупным теоретическим прорывам. Расхождение в данных об излучении чёрных тел в конце XIX века привело к квантовой механике. Аномалия в орбите Меркурия указала на общую теорию относительности. Хаббловское напряжение может оказаться следующим сигналом такого рода — указателем на физику, которой у нас ещё нет.
Изображение носит иллюстративный характер
Проблема не новая, но теперь она получила самую весомую доказательную базу из когда-либо собранных. Исследователи использовали так называемую «космическую лестницу расстояний» — метод, при помощи которого астрономы вычисляют скорость расширения Вселенной, выстраивая цепочку измерений: от ближайших звёзд до самых далёких галактик. Каждая ступень этой лестницы опирается на предыдущую, и вся конструкция должна сходиться в одну цельную картину. Она не сходится.
Конфликт касается числа, которое в космологии принято называть постоянной Хаббла. Это коэффициент, описывающий скорость, с которой галактики удаляются друг от друга. Когда его измеряют по данным ранней Вселенной — через реликтовое излучение — получается одно значение. Когда его высчитывают по наблюдениям за современными объектами через ту самую лестницу расстояний — получается другое, заметно большее. Расхождение устойчивое, воспроизводимое и теперь подтверждённое наиболее полным из существующих наборов данных. Специалисты называют это противоречие «хаббловским напряжением».
Стандартная модель космологии, которую физики сокращённо обозначают как ΛCDM — то есть модель с тёмной энергией и холодной тёмной материей — десятилетиями считалась надёжным фундаментом. Она объясняет многое: крупномасштабную структуру Вселенной, распределение галактик, реликтовое излучение. Но именно в точке расширения модель начинает давать трещину. Новое исследование, опирающееся на наиболее полный набор астрофизических данных из когда-либо собранных, фактически подтверждает: трещина реальная, а не результат ошибки в измерениях.
Долгое время у учёных оставалась надежда, что проблема решится сама собой — когда накопится достаточно точных данных и окажется, что расхождение было артефактом несовершенных инструментов. Новая работа эту надежду отодвигает. Чем точнее становятся измерения, тем отчётливее видно: расхождение не исчезает. «Что-то всё равно не сходится», — такова формулировка, которую исследователи сочли достаточно честной, чтобы вынести её в заголовок своих выводов.
Космическая лестница расстояний работает следующим образом. На нижних ступенях — параллакс, геометрический метод для ближайших звёзд. Выше — цефеиды, пульсирующие звёзды с известной светимостью, которые позволяют судить о расстоянии до соседних галактик. Ещё выше — сверхновые типа Ia, используемые как стандартные свечи для измерения расстояний до объектов на краю наблюдаемой Вселенной. Каждый переход между ступенями может вносить ошибку, и именно поэтому учёные так долго подозревали системную погрешность. Новый анализ проверил каждый из этих переходов с максимальной тщательностью. Погрешность не объясняет расхождение.
Это означает, что либо в самой физике есть что-то, чего мы не понимаем, либо стандартная модель нуждается в серьёзной правке. Среди возможных объяснений обсуждаются: неизвестные свойства тёмной энергии, существование новых частиц в ранней Вселенной, взаимодействия, которые не вписываются в нынешние уравнения. Ни одно из них пока не стало консенсусным.
Ситуация не катастрофична для науки — она продуктивна. Именно такие устойчивые аномалии в истории физики предшествовали крупным теоретическим прорывам. Расхождение в данных об излучении чёрных тел в конце XIX века привело к квантовой механике. Аномалия в орбите Меркурия указала на общую теорию относительности. Хаббловское напряжение может оказаться следующим сигналом такого рода — указателем на физику, которой у нас ещё нет.
