Телескопы «Хаббл» и Gaia уточнили скорость расширения Вселенной

С помощью телескопов Gaia и «Хаббл» астрономы выполнили самые точные измерения скорости расширения Вселенной, сообщается в журнале The Astrophysical Journal. Они определили расстояния между соседними галактиками, наблюдая за цефеидами — пульсирующими переменными звездами, которые традиционно используются астрономами в качестве «стандартных свеч». По новым данным, постоянная Хаббла  H₀ составляет 73,5 километров в секунду на мегапарсек — то есть расхождение между уже известными значениями оказалось еще больше, чем считалось ранее.

Почти 100 лет назад астрофизик Эдвин Хаббл, наблюдая за далекими галактиками, определил, что они не стоят на месте, а постепенно разбегаются в стороны, причем скорость удаления конкретной галактики прямо пропорциональна расстоянию до нее. Сегодня этот закон называется законом Хаббла, а входящую в него постоянную — постоянной Хаббла. Чуть позже, в конце 20 века, ученые, наблюдавшие за сверхновыми первого типа, выяснили еще одну особенность: оказалось, что Вселенная расширяется не с постоянной скоростью, а с ускорением. Причиной этому может быть темная энергия, которая действует на материю как своеобразная «антигравитация».

С увеличением точности измерений, астрономы столкнулись с проблемой: разные способы определения постоянной Хаббла приводят к разным результатам, противоречащим друг другу. Например, измерение углового разрешения колебаний реликтового излучения, которое выполнила обсерватория «Планк», дало значение H₀ = 67,6 ± 0,6 километров в секунду на мегапарсек, а сопоставление расстояния и красного смещения удаленных сверхновых приводит к величине H₀ = 73,24 ± 1,74 километров в секунду на мегапарсек. Это расхождение — одна из больших проблем в современной астрофизике.

Группа астрономов под руководством нобелевского лауреата Адама Рисса (Adam Riess), получившего премию за открытие ускоренного расширения Вселенной посредством наблюдения дальних сверхновых, «подогрела» это противоречие, получив данные с помощью телескопов Gaia и «Хаббл». Астрономы посчитали расстояние до окружающих галактик по цефеидам. Этот класс звезд имеет хорошо установленную зависимость между периодом изменения блеска и звездной величиной — чем ярче звезда, тем медленнее она пульсирует. Если нам известны две звезды, которые пульсируют с одним и тем же периодом, и расстояние до одной из них (определенное методом параллакса), то расстояние до другой можно определить по несложной формуле (читайте материал «Звезда с звездою говорит»).

Исследователи сравнили абсолютную звездную величину 50 цефеид, определенную благодаря телескопу «Хаббл», с видимой звездной величиной, и определили расстояние до них. Затем исследователи уточнили данные с помощью телескопа Gaia, который с большой точностью измеряет параллакс и собственные движения звезд. Это позволило исследователям откалибровать данные и более точно определить расстояния до цефеид вне нашей Галактики.

По новым данным, постоянная Хаббла H₀ составляет 73,52 ± 1,62 километров в секунду на мегапарсек. Это значит, что галактики, которые мы видим на расстоянии 10 мегапарсек, убегают от нас со скоростью 735 километров в секунду, а галактики, которые мы видим на расстоянии в 11 мегапарсек — со скоростью 808 километров в секунду. Эта величина сильно расходится с данными обсерватории «Планк». Несоответствие между полученными разными методами значениями постоянной Хаббла составляет более 3,8 сигма. Таким образом, чем более точными становятся измерения, тем сильнее расхождение, объяснить которое ученые пока что не могут.

Недавно телескоп Gaia помог создать новую трехмерную карту Млечного пути, которая содержит более миллиарда звезд. Кроме того, для 7 миллионов звезд были измерены лучевые скорости, что позволило узнать, по каким траекториям они движутся относительно центра Млечного пути. Эта информация необходима для того, чтобы «взвесить» галактику и узнать распределение — а возможно и свойства — темной материи.

Кристина Уласович