Международная команда астрономов представила результаты исследования, в котором использовано новое косвенное измерение скорости расширения Вселенной — параметра, известного как постоянная Хаббла. Работа основана на анализе больших выборок галактик и квазаров, а также оценках их скоростей удаления, полученных с помощью современных методов наблюдений. Эти результаты помогают уточнить значение постоянной Хаббла и проверить согласованность различных методов измерения фундаментального параметра космологии.
Что такое постоянная Хаббла
Постоянная Хаббла (H₀) характеризует скорость расширения Вселенной: она показывает, с какой скоростью удаляются друг от друга объекты на единицу расстояния. Формально выражается как скорость удаления (км/с) на мегапарсек (Мпк) расстояния между объектами. Чем больше значение H₀, тем быстрее расширяется Вселенная.
Измерение H₀ важно для понимания возраста и структуры Вселенной, а также для проверки космологических моделей, включая стандартную модель ΛCDM, которая описывает влияние тёмной энергии (Λ) и холодной тёмной материи (CDM) на космическую динамику.
Противоречие в измерениях
Различные методы определения постоянной Хаббла давали противоречивые значения. Так называемая «локальная» оценка (основанная на наблюдениях цефеид, сверхновых типа Ia и близких галактик) давала значения порядка 73–74 км/с/Мпк. Между тем значения, полученные из анализа космического микроволнового фонового излучения (КМФИ) и моделей ранней Вселенной, такие как данные миссии Planck, дают порядка 67–68 км/с/Мпк. Это расхождение является одной из актуальных проблем современной космологии.
Новый косвенный метод наблюдения
В рамках нового исследования астрономы использовали статистический анализ больших выборок галактик и квазаров для косвенной оценки постоянной Хаббла. Подход основывается на сопоставлении рассредоточения скоростей удаления (красного смещения) с расстояниями до объектов. Ключевыми элементами методики стали:
- использование радиального распределения и функций корреляции для оценки масштабов крупномасштабной структуры Вселенной;
- сопоставление наблюдаемых скоростей удаления с теоретическими предсказаниями для различных значений H₀;
- анализ влияния систематических ошибок и выборочных эффектов на результаты.
Такой косвенный подход позволяет проверить согласованность значений постоянной Хаббла, полученных разными методами, и выявить возможные источники расхождений.
Используемые данные
Для анализа были задействованы обширные астрономические каталоги, включающие:
- спектроскопические измерения красного смещения из крупных обзоров неба;
- позиционные данные и оценки расстояний до центров масс галактик и квазаров;
- дополнительные параметры, такие как яркость, спектральные линии и морфология объектов.
Включение большого числа объектов и разнообразных наблюдательных характеристик позволяют снизить влияние случайных отклонений и повысить статистическую значимость выводов. Это особенно важно в условиях, когда различие между традиционными измерениями H₀ находится в пределах нескольких процентов.
Основные результаты
Ключевые результаты исследования можно свести к следующим фактам:
- Косвенные оценки постоянной Хаббла, полученные новым методом, находятся в диапазоне, согласуемом как с локальными измерениями, так и с космологическими предсказаниями, но со значительной точностью и уменьшенной дисперсией. Это свидетельствует о согласовании двух подходов при учёте систематических эффектов.
- Анализ показал, что влияние крупных структур Вселенной, таких как сверхскопления и пустоты, на локальные измерения может быть значительным источником систематической ошибки. Устранение этих эффектов привело к более согласованному значению H₀.
- Данные также позволяют уточнить вклад тёмной энергии в динамику расширения Вселенной на больших масштабах, что имеет значение для моделей ΛCDM и альтернативных космологических сценариев.
Сравнение подходов
Метод, основанный на анализе статистики большого числа галактических объектов, дополняет традиционные методы:
- Локальные методы (например, цефеиды и сверхновые): измеряют расстояния и скорости в ближней Вселенной. Они эффективно определяют H₀, но могут быть чувствительны к локальным отклонениям в распределении массы и скоростей.
- Методы космологического раннего периода (анализ КМФИ): основаны на параметрах ранней Вселенной и требуют космологических моделей для сопоставления с текущим расширением.
- Косвенные методы крупномасштабной структуры, как в новом исследовании, позволяют охватить промежуточные масштабы, связывая динамику расширения с распределением массы и скоростей по всей наблюдаемой Вселенной.
Сопоставление всех трёх методов даёт более полное представление о возможных систематических ошибках и помогает сужать диапазон значений постоянной Хаббла.
Влияние систематических ошибок
Исследователи подчёркивают важность анализа и коррекции систематических ошибок в каждом методе измерения. В частности:
- модельные предположения о гравитационном влиянии крупномасштабных структур;
- ошибки калибровки расстояний к объектам;
- влияние межгалактического расширения на локальные измерения.
В рамках нового подхода были проведены оценка и минимизация подобных эффектов, что увеличивает надёжность полученных результатов.
Значение для космологии
Полученные данные имеют несколько важных последствий:
- Уточнение постоянной Хаббла позволяет точнее оценить возраст Вселенной, так как возраст напрямую связан с величиной H₀ в стандартных космологических моделях.
- Согласование различных методов измерения уменьшает потребность в радикальных модификациях стандартной модели ΛCDM, хотя не исключает их полностью.
- Новые результаты расширяют возможности для проверки альтернативных теорий тёмной энергии и расширения Вселенной.
Перспективы дальнейших исследований
Авторы исследования отмечают необходимость дальнейшего расширения выборок объектов и повышения точности измерений. Перспективными направлениями являются:
- использование новых данных, получаемых телескопами следующего поколения;
- интеграция многодиапазонных наблюдений (оптических, инфракрасных, радиодиапазонных);
- разработка более совершенных моделей, учитывающих нелинейные эффекты гравитационного влияния крупных структур.
Ожидается, что такие исследования помогут добиться ещё более точных значений постоянной Хаббла и детальнее понять механизмы расширения Вселенной, а также взаимосвязь между разными методами измерения.
Заключение
Новое исследование представляет собой важный шаг в направлении объединения результатов различных подходов к измерению скорости расширения Вселенной. Косвенный метод, основанный на анализе крупномасштабной структуры галактик и квазаров, подтвердил, что систематические эффекты существенно влияют на различия между традиционными оценками постоянной Хаббла. Синтез данных с разных масштабов позволяет улучшить согласованность значений и укрепить доверие к стандартной космологической модели.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/a-new-window-on-the-expansion-of-the-universe
