Вчені запропонували новий метод вимірювання швидкості розширення Всесвіту

Швидкість розширення Всесвіту уже століття є одною з головних головоломок для астрофізиків. Зараз ця швидкість визначається сталою Габбла, але навколо цього у науковому світі панує певна напруга. Тепер вчені запропонували новий варіант вимірювання швидкості розширення Всесвіту, який заснований на дивній зорі, смерть якої дослідники спостерігали п'ять разів.

• Фізики спантеличені загадковим космічним об'єктом, який у 10 мільйонів разів яскравіший за Сонце

Деталі

У двох нових статтях, очолюваних Патріком Келлі з Університету Міннесоти, науковці успішно використали нову техніку визначення швидкості розширення Всесвіту за допомогою залучення світла від вибухаючої зірки, яке дісталося до Землі кількома звивистими маршрутами через космічний простір.

Один з авторів нових досліджень Бред Е. Такер з Австралійського національного університету зазначає, що приблизно в 1908 році американська дослідниця Генрієтта Левітт знайшла спосіб виміряти яскравість зірки, яка називається цефеїдою. Не те, наскільки вона яскрава з Землі, що залежить від відстані та інших факторів, а те, наскільки вона яскрава насправді. Цефеїди то яскравішають, то тьмянішають у регулярному циклі й Левітт показала, що внутрішня яскравість зорі пов’язана з тривалістю цього циклу.

Закон Левітт, як його зараз називають, дозволяє вченим використовувати цефеїди як "стандартні свічки": об’єкти, внутрішня яскравість яких відома, а отже, відстань до яких можна обчислити.

Щоб пояснити це, Такер пропонує уявити, що зараз ніч і ви стоїте на довгій темній вулиці, на якій лише кілька ліхтарів. А тепер уявіть, що кожен стовп з ліхтарем має однаковий тип лампочки з однаковою потужністю. Ви помітите, що віддалені ліхтарі виглядають тьмянішими за ближні.

Ми знаємо, що світло слабшає пропорційно до його відстані, відповідно до закону обернених квадратів світла. Тепер, якщо ви можете виміряти, наскільки яскравим здається вам кожне світло, і якщо ви вже знаєте, наскільки яскравим воно має бути, ви зможете визначити, на якій відстані розташований кожен світловий стовп.

У 1929 році інший американський астроном, Едвін Габбл, зміг знайти кілька цих зірок цефеїд в інших галактиках і виміряти відстань до них. На основі цих відстаней та інших вимірювань він міг визначити, що Всесвіт розширюється.

Метод стандартної свічки дозволяє нам вимірювати величезний Всесвіт. Ми завжди шукаємо різні свічки, які можна було б краще виміряти та побачити на набагато більшій відстані.

Деякі нещодавні спроби виміряти далекий Всесвіт використовували цефеїди поряд із типом вибухаючих зірок, які називаються надновими типу Ia, які також можна використовувати як стандартну свічку.

Існують також інші методи вимірювання сталої Габбла, такі як той, який використовує космічний мікрохвильовий фон – реліктове світло або випромінювання, яке почало подорожувати Всесвітом незабаром після Великого вибуху.

Проблема полягає в тому, що ці два типи вимірювання відрізняються майже на 10%. Астрономи називають цю різницю напругою Габбла і шукають нові методи вимірювання, щоб її вирішити. Тут на допомогу приходить наднова з назвою Supernova Refsdal, яка допомогла виміряти швидкість розширення Всесвіту в новому дослідженні.

У 2014 році вчені помітили кілька зображень однієї й тієї ж наднової — це було вперше, коли спостерігалася така "лінзована" наднова (зоря, яка раптово вибухає й збільшує свою світність у мільярди разів, засвічуючи усю галактику. Цей вибух можна спостерігати протягом кількох тижнів). Вчені побачили одну й ту ж наднову 5 разів, але як це можливо?

Світло від наднової виходило в усіх напрямках, але воно подорожувало крізь простір, спотворений величезними гравітаційними полями величезного скупчення галактик, які викривили частину траєкторії світла таким чином, що зрештою воно дійшло до Землі кількома маршрутами. Кожна фіксація цієї наднової досягала Землі іншим шляхом крізь Всесвіт.

Для пояснення цього ефекту Такер пропонує уявити три потяги, які відправляються з однієї станції одночасно. Однак один їде прямо до наступної станції, інший робить широку подорож через гори, а третій через узбережжя. Усі вони вирушають і прибувають на ті самі станції, але здійснюють різні поїздки, тому, хоча вони вирушають одночасно, вони прибувають у різний час.

Отже, дослідники бачили ту саму наднову, яка вибухнула в певний момент часу, але кожне зображення пройшло інший шлях. Дивлячись на прибуття на Землю кожної появи наднової зорі (одна з яких відбулася у 2015 році, після того, як зірка, що вибухнула, вже була помічена), вчені змогли виміряти час подорожі цього світла, а отже й те, наскільки Всесвіт виріс, поки світло було у дорозі.

Це дало інший, але унікальний вимір зростання Всесвіту. Дослідники зазначають, що їх дані ближчі до тих, які дає вимірювання космічного мікрохвильового фону, а не вимірювання цефеїд і наднових поблизу, хоча, здавалося б, мало бути навпаки.

Раніше ми повідомляли, що у майбутньому спраглі астронавти на Місяці могли б досить легко освіжитися, засунувши чашку місячного бруду в мікрохвильову піч. Хоча на Місяці є вода, просто підійти з горнятком й набрати її не вийде – вона замкнена в місячному ґрунті. Але дістати її звідти значно легше, ніж здається.