Астрономы «расслабили» напряжение Хаббла

Постоянная Хаббла — коэффициент, связывающий расстояние до объекта со скоростью его удаления. В стандартной космологической модели (ΛCDM) Вселенная расширяется с ускорением, поэтому значение меняется со временем. По флуктуациям реликтового излучения с помощью модели можно оценить постоянную Хаббла в современной Вселенной. Астрономы разработали и методы для оценки этого параметра по объектам в «окрестностях» нашей Галактики. И тут возникла проблема: значения не совпали. Это несовпадение и называют напряжением Хаббла.

Расчеты по реликтовому излучению и модели ΛCDM дают значение в 67 километров в секунду на мегапарсек (3,26 миллиона световых лет) — настолько ускоряется расширение Вселенной с удалением на каждый мегапарсек от Земли. Расчеты по объектам в наших «окрестностях» дают оценку в 73 километра в секунду на мегапарсек.

В качестве таких объектов для создания «космической линейки» астрономы используют сверхновые типа Ia, характерная светимость которых позволяет точно определять расстояние, и цефеиды — пульсирующие переменные звезды с хорошо изученной зависимостью между периодом и светимостью.

Авторы нового исследования предложили использовать в качестве стандартных свечей красные гиганты (TRGB) и их более поздний вид — углеродные звезды (JAGB). Использование этих звезд в качестве свечей стало возможным благодаря мощности космического телескопа «Джеймс Уэбб». Целесообразность и результаты построения шкал расстояний по этим объектам исследователи описали в нескольких статьях, выложенных в открытый доступ на сайте arXiv.

Помимо этих новых методов, группа ученых добавила к оценке по цефеидам новые, более точные данные, полученные от «Джеймса Уэбба», а также заново проанализировала архивные наблюдения «Хаббла», которые ранее использовали в построении шкал расстояний. Новые результаты этого этапа своих исследований исследователи представили 6 апреля 2024 года на встрече Американского физического общества.

Астрофизик Венди Фридман из Чикагского университета (США), давно занимающаяся вопросом постоянной Хаббла, объявила, что, сопоставив оценки по цефеидам, углеродным звездам и красным гигантам, их группа получила значение в 69 километров в секунду на мегапарсек. И это значение уже достаточно близко к оценке по реликтовому излучению и ΛCDM, чтобы говорить о разрешении проблемы напряжения Хаббла.

«В шкале расстояний меня больше всего смущало, что, когда у вас есть лишь один метод, нет возможности оценить, какие у этого метода систематические неточности», — объяснила Венди Фридман стремление ее группы разработать другие методы, в частности, по красным гигантам и углеродным звездам.

Группа Фридман продолжит расчеты погрешностей своих методов и поиск факторов, которые влияют на точность измерений, — тут многое зависит от «очистки» данных «Джеймса Уэбба» от неподходящих стандартных свечей. Тем временем многие астрономы не согласились с выводами команды Фридман.

«Я не верю, что напряжение Хаббла пропало, зато я знаю, что в методах анализа сверхновых есть различия, <…> которые в результате приводят к разным значениям константы Хаббла. Не думаю, что будет честным или верным определять существенность напряжения по самому близкому (или далекому) измерению», — прокомментировал Адам Рисс (Adam Riess), астрофизик из Университета Джонса Хопкинса (США).

Адам Рисс с коллегами тоже давно занимается вопросом постоянной Хаббла. Сейчас они, как и группа Фридман, работают с данными «Джеймса Уэбба» по цефеидам и сверхновым. В одной из последних выложенных работ они вывели оценку постоянной Хаббла по сверхновой SN H0pe.

Из-за сильного гравитационного линзирования мы видим сверхновую SN H0pe в трех вариантах. Каждое ее «отражение» прошло разными траекториями по пространству-времени, из-за чего в наблюдениях трех «версий» есть небольшая относительная задержка. Поэтому с помощью «Джеймса Уэбба» ученые смогли получить довольно редкие фотометрические и спектроскопические измерения этого объекта.

Проанализировав полученные данные, группа Рисса получила оценку постоянной Хаббла в 75 километров в секунду на мегапарсек. В феврале эта же команда вывела, что ошибки фотометрических измерений цефеид — как раз то, чего опасается Фридман — не оказывают значительного влияния на существование напряжения Хаббла.

Как выразились Фридман и ее коллега Барри Мадор (Barry Madore), вопрос существования напряжения Хаббла вышел на уровень «погрешностей в погрешностях». К счастью, можно надеяться, что анализ уже собранных и будущих наблюдений «Джеймса Уэбба» поможет разобраться в этом вопросе.