Расширение Вселенной измерили при помощи размера гравитационных линз

Астрофизики воспользовались оценкой реальных размеров гравитационных линз для уточнения постоянной Хаббла, которая описывает скорость расширения Вселенной. Ученые использовали полученные величины для корректировки метода стандартных свечей. В результате у них получилось значение 82,4 километров в секунду на мегапарсек ± 10 процентов, пишут авторы в журнале Science. Результат не согласуется с данными по реликтовому излучению и усугубляет несоответствие разных методов оценки расширения пространства.

Измерения свойств далеких галактик свидетельствуют о расширении Вселенной, причем этот процесс ускоряется со временем. Численным показателем темпа расширения является постоянная Хаббла, которая связывает видимую скорость удаления галактик с расстояниями до них. Сейчас Вселенная расширяется ускоренно, но в ее прошлом были и другие эпохи. В связи с этим постоянная Хаббла на самом деле зависит от времени.

Существует несколько принципиально разных способов определения постоянной Хаббла. Их точность за последние годы возросла настолько, что их оценки перестали перекрываться в пределах ошибок. Первый метод связан с изучением реликтового излучения и дает темп расширения в раннюю эпоху существования Вселенной, из чего можно при задании модели ее эволюции вычислить современное значение. Этот метод дает значение 67,4±0,5 километров в секунду на мегапарсек.

Второй способ, также иногда называемый локальным (в то время как предыдущий способ называют космологическим) основан на оценке светимости стандартных свеч — сверхновых типа Ia. Считается, что абсолютная пиковая светимость этих мощных вспышек связана с характером их затухания. Это позволяет оценивать расстояние до них, сравнивая видимую яркость с теоретической суммарной. Данный метод свидетельствует в пользу значения постоянной Хаббла на уровне 74,03±1,42 километров в секунду на мегапарсек.

Оба способа неидеальны и обладают собственными недостатками. В частности, первый напрямую говорит лишь о ранней Вселенной, а ее последующую эволюцию мы теоретически можем на данный момент представлять не совсем корректно. Второй страдает от систематических ошибок, так как определение расстояний до сверхновых опирается на ряд других непрямых методов, причем неточности их всех накапливаются.

Ин Джи (Inh Jee) из Института астрофизики Общества Макса Планка и его коллеги из Германии и Нидерландов предложили новую калибровку расстояний до сверхновых. Для этого авторы используют эффект гравитационного линзирования, то есть преломления света притяжением массивных тел. В рамках данной работы ученые использовали всего две линзы, известные как CLASS B1608+656  и RXS J1131–1231, чьи красные смещения составляют 0,295 и 0,6304, соответственно.

Гравитационное линзирование и раньше использовали для определения темпа расширения, но в новой работе это делается иначе. Ранее ученые следили за временем, которое проходит между вспышками яркости различных изображений линзируемого объекта. Теперь ученые добавили к этой информации данные о самих линзирующих галактиках.

Астрономы оценили скорость вращения звезд в дисках этих галактик, что вместе с информацией о разности путей лучей линзируемого объекта позволяет найти абсолютный размер галактики-линзы. В результате можно сопоставить полученное значение с измеряемым угловым размером системы, что позволяет получить новую оценку расстояния до далекой галактики, что можно использовать для уточнения шкалы расстояний до сверхновых.

Применив данную калибровку к сверхновым, авторы получили исключительно высокое значение постоянной Хаббла на уровне 82 ± 8 километров в секунду на мегапарсек. Эта оценка едва пересекается по нижней границе с результатами по сверхновым со стандартной калибровкой. При этом она гораздо больше полученной при анализе реликтового излучения.

На данный момент ошибки метода высоки, что в первую очередь связано с маленькой выборкой, в которой всего два объекта. Тем не менее, авторы отмечают, что эти результаты очень слабо зависят от других космологических параметров, что делает данный метод перспективным. Возможно, большая статистика позволит разрешить ставшую особенно острой в последние годы «напряженность Хаббла» между различными оценками скорости расширения Вселенной.

Другая попытка построения альтернативной калибровки для сверхновых была недавно предпринята с помощью красных гигантов. Астрофизики ранее предлагали альтернативные объяснения для космологических оценок, которые позволяют примирить их с локальными. В прошлом были подобные идеи и насчет данных по сверхновым, но новые работы не подтверждают существования необходимых особенностей в распределении вещества в ближайшей космической окрестности.

Тимур Кешелава