Астрономы впервые измерили «замедление времени» в самой ранней Вселенной

Вселенная на протяжении последних 13,8 миллиарда лет своей истории расширяется, причем пока с ускорением. За счет ее расширения летящие через пространство волны всех типов — и электромагнитные, и гравитационные — неизбежно «удлиняются». То есть их длина становится намного больше исходной. Иногда это называют «космологическим замедлением времени», поскольку для астрономов с современной Земли это означает, что они видят события в очень далекой Вселенной растянутыми во времени — как если бы наблюдали падение космонавта в черную дыру.

Однако на практике такое «замедление времени» — как, кстати, и у падающих в черную дыру — лишь кажущееся. Для человека или объекта на границе черной дыры никакого замедления нет: он падает туда с нормальной скоростью «реки времени». Точно так же события в древней Вселенной развиваются с той же скоростью, что и у нас, просто мы видим их «растянутыми», как видеозапись, проматываемую в замедленном режиме. Например, какая-то яркая вспышка длиной в одну секунду, но случившаяся в далеком космосе, откуда свет шел к нам 12 миллиардов лет, будет казаться землянину идущей пять секунд.

Хотя эффект давно рассчитан теоретически, на практике зарегистрировать его на большом удалении крайне тяжело. У нас нет измерений длительности древних процессов, мы не видим гигантского циферблата где-нибудь рядом с древней галактикой, которой 12-13 миллиардов лет. Значит, чтобы зарегистрировать кажущееся замедление времени, нужно найти какие-то естественные астрономические «часы», чьи «показания» хорошо различимы на огромных расстояниях.

Такими часами могут быть сверхновые, динамика вспышек которых неплохо изучена на взрывах сверхновых в близкой к нам части Вселенной. Оценивая, насколько дольше идут те или иные стадии вспышек в миллиардах световых лет от нас, астрономы уже измеряли замедление времени в «средневековой» Вселенной, то есть для тех ее частей, свет от которых шел к нам несколько миллиардов лет.

Вот только для областей, откуда свет шел к нам 10 миллиардов лет и более, это практически не работает. Сверхновая — сравнительно небольшой объект, вспышка ее на таком расстоянии просто неразличима. Поэтому авторы новой работы в журнале Nature Astronomy попробовали решить вопрос за счет наблюдений за 190 квазарами. Квазары, или активные ядра галактик, — очень ярко светящиеся окрестности таких сверхмассивных черных дыр, что поглощают много материи. Скажем, когда-то чем-то таким могло быть ядро нашей Галактики.

Расчеты авторов новой работы показали, что изменения светимости квазаров во времени достаточно похожи друг на друга, однако чем дальше квазар от нас, тем медленнее меняется его светимость. Причем это кажущееся замедление процессов в квазаре у ученых получилось даже чуть больше, чем должно было быть исходя из красного смещения, то есть расстояния до изучаемых объектов.

По мнению исследователей, это может быть связано с тем, что квазары дальней Вселенной по динамике все же несколько отличаются от современных. Однако, отметили авторы статьи, это лишь подчеркивает эффект кажущегося замедления времени, ведь если бы его не было, разница в скорости изменений светимости близких и далеких к нам квазаров была бы, напротив, сильно меньше наблюдавшейся — около нуля.

Отметим, что изучение кажущегося замедления времени может сыграть огромную роль для понимания истории Вселенной в целом. Дело в том, что не так давно консорциум NANOGrav открыл гравитационные волны (от слияний черных дыр) с наногерцевой частотой — они сильно растянуты по мере движения через Вселенную. Расчет кажущегося «замедления времени» для них может показать возраст этих гравиволн. По последним теоретическим расчетам, такие волны могут быть аналогом реликтового излучения в электромагнитном диапазоне, то есть остаться от событий времен Большого взрыва.