Ние имаме нещо нередно във Вселената.
Може да е нещо малко: проблем с измерването, който кара някои звезди да изглеждат по-близо или по-далеч от тях, нещо, което астрофизиците биха могли да определят с няколко ощипвания как да измерват разстоянията в пространството. Може да е нещо голямо: грешка - или поредица от грешки - в космологията или нашето разбиране за произхода и еволюцията на Вселената. Ако това е така, цялата ни история на пространството и времето може да се обърка. Но какъвто и да е проблемът, той прави ключови наблюдения на Вселената несъгласни помежду си: Измерена по един начин, Вселената изглежда се разширява с определена скорост; измерена по друг начин, изглежда, че Вселената се разширява с различна скорост. Както показва нова книга, тези разминавания се увеличават през последните години, дори когато измерванията стават по-прецизни.
"Смятаме, че ако нашето разбиране за космологията е правилно, тогава всички тези различни измервания трябва да ни дават един и същ отговор", каза Кейти Мак, теоретичен космолог от държавния университет в Северна Каролина (NCSU) и съавтор на новата книга ,
Двете най-известни измервания работят много различно едно от друго. Първият разчита на космическия микровълнов фон (CMB): остатъците от микровълновите лъчи от първите моменти след Големия взрив. Космолозите са изградили теоретични модели на цялата история на Вселената върху основата на CMB - модели, в които са много уверени и за това ще е необходима изцяло нова физика, за да се прекъсне. И взети заедно, каза Мак, те произвеждат сравнително точно число за константата на Хъбъл или H0, което управлява колко бързо вселената се разширява в момента.
Второто измерване използва свръхнови и мигащи звезди в близките галактики, известни като Цефеиди. Като преценят колко далеч са тези галактики от нашите собствени и колко бързо се отдалечават от нас, астрономите са получили това, което смятат, че е много точно измерване на константата на Хъбъл. И този метод предлага различен H0.
"Ако получаваме различни отговори, това означава, че има нещо, което не знаем", казва Мак пред Live Science. „Значи, това наистина е не просто да разберем текущия темп на разширение на Вселената - което е нещо, от което се интересуваме - но и да разберем как се е развила Вселената, как се е разширила и какво пространство-време прави всичко това време. "
Weikang Lin, също космолог в NCSU и водещ автор на документа, каза, че за да разработи пълна картина на проблема, екипът реши да закръгли всички различни начини за „ограничаване“ на H0 на едно място. Документът все още не е официално прегледан или публикуван и е достъпен на сървъра за предпечат arXiv.
Ето какво означава „ограничаването“: Измерванията във физиката рядко получават точни отговори. Вместо това те поставят ограничения за обхвата на възможните отговори. И като погледнете тези ограничения заедно, можете да научите много за нещо, което изучавате. Преглеждайки например един телескоп, може да научите, че светлинна точка в космоса е или червена, жълта или оранжева. Друг може да ви каже, че е по-ярък от повечето други светлини в пространството, но по-малко ярък от слънцето. Друг може да ви каже, че се движи по небето толкова бързо, колкото една планета. Нито едно от тези ограничения не би ви казало много самостоятелно, но взети заедно, те предполагат, че гледате Марс.
Лин, Мак и техният трети съавтор, аспирантът на NCSU Ликианг Хоу, погледнаха ограниченията на две константи: H0 и нещо, наречено „масова част“ на Вселената, обозначено като Ωm, което ви казва колко от Вселената е енергия и колко е материята. Много измервания на H0 също ограничават Ωm, каза Лин, така че е полезно да ги разгледаме заедно.
Това произведе този пъстър сюжет:
Разтегнатият пурпурен овален етикет WMAP е диапазонът от възможни масови фракции и константи на Хъбъл, които са били възможни въз основа на голямо предишно проучване на НАСА на CMB, известно като сондата на Уилкинсън Микровълнова анизотропия. Жълтата колона с етикет CV SN (съкратено от „Цефеидно-калибрирана тип-Ia свръхнови“) се отнася до измерванията на цефеидите-свръхнове, които не ограничават масовата част на Вселената, но ограничават H0. Червената лента с надпис SN P (съкратено от „Пантеон тип-Ia Supernovae Pantheon“) е основно ограничение на масовата част на Вселената.
Можете да видите, че краищата на WMAP и CV SN се припокриват, предимно извън червената лента. Това беше картината на разминаването преди няколко години, Мак каза: Достатъчно значим, за да се притеснява, че двете измервания показват различни отговори, но не толкова значителни, че да ги направят несъвместими с малко ощипване.
Но през последните години имаше ново измерване на CMB от група, наречена Planck Collaboration. Сътрудничеството с Планк, което пусна най-новия си набор от данни през 2018 г., постави много строги ограничения върху масовата част и скоростта на разширяване на Вселената, обозначени с черния плъзгач на сюжета, обозначен като Planck.
Сега, писаха авторите, се появяват две диво различни картини на Вселената. Planck и WMAP - заедно с редица други подходи за ограничаване на H0 и Ωm - са всички повече или по-малко съвместими. На парцела има място в кръга от бели тирета, където всички те дават подобни отговори за това колко бързо се разширява Вселената и каква част от нея е направена от материя. Можете да видите, че почти всички форми на сюжета преминават през този кръг.
Но най-прякото измерване, основано на действителното проучване колко далеч са нещата в нашата местна вселена и колко бързо се движат, не е съгласен. Измерването на Цефеид е там отдясно и дори неговите грешки (слабите жълти битове, обозначаващи диапазона на вероятните стойности) преминават през пунктирания кръг. И това е проблем.
"Имаше много активност в тази област само през последните няколко месеца", казва Риза Уекслер, космолог от университета в Станфорд, който не е участвал в този документ. "Така че наистина е хубаво да виждате всичко обобщено. Определянето му по отношение на H0 и Ωm, които са основни параметри, наистина е изясняващо."
Все пак, Wechsler каза Live Science, че е важно да не се пристъпва към никакви заключения.
"Хората се вълнуват от това, защото това може да означава, че има нова физика и това би било наистина вълнуващо", каза тя.
Възможно е CMB моделът да е грешен по някакъв начин и това води до някаква систематична грешка в това как физиците разбират Вселената.
"Всички биха харесали това. Физиците обичат да разбиват своите модели", каза Уекслер. "Но този модел работи доста добре досега, така че моето предимство е, че трябва да има доста силни доказателства, за да ме убедят."
Проучването показва, че би било трудно да се съпостави измерването на Цефеид от местната вселена с всички останали, като се въведе само едно ново парче физика, каза Мак.
Възможно е, каза Мак, че изчислението на свръхнови - Цефеид е просто грешно. Може би физиците неправилно измерват разстоянията в нашата местна вселена и това води до грешка. Трудно е да си представим каква ще е тази грешка, каза тя. Много астрофизици са измервали местните разстояния от нулата и са стигнали до подобни резултати. Една от възможностите, които авторите повдигнаха, е просто, че живеем в странна част от Вселената, където има по-малко галактики и по-малко гравитация, така че кварталът ни се разширява по-бързо от Вселената като цяло.
Отговорът на проблема, каза тя, може да бъде точно зад ъгъла. Но по-вероятно е на години или десетилетия.
„Или е нещо ново във Вселената, или е нещо, което не разбираме от нашите измервания“, каза тя.
Уекслер каза, че ще заложи на последното - че вероятно има нещо не съвсем точно в грешките на грешките около някои от включените измервания и че след като бъдат разрешени, картината ще се събере по-добре.
Предстоящите измервания биха могли да изяснят противоречието - или да го обяснят, или да го повишат, което предполага, че е необходимо ново поле на физиката. Големият телескоп за синоптични изследвания, който трябва да излезе онлайн през 2020 г., трябва да открие стотици милиони свръхнови, които трябва значително да подобрят наборите от данни, които астрофизиците използват за измерване на разстоянията между галактиките. В крайна сметка, каза Мак, гравитационните изследвания на вълните ще станат достатъчно добри, за да ограничат и разширяването на Вселената, което би трябвало да добави още едно ниво на точност към космологията. Според нея физиците дори могат да разработят достатъчно чувствителни инструменти, за да гледат как обектите се разширяват един от друг в реално време.
Но за момента космолозите все още чакат и се чудят защо техните измервания на Вселената нямат смисъл заедно.
