Найточніше вимірювання швидкості розширення Всесвіту показує, що ми маємо справу з реальною і серйозною проблемою.

Міжнародна співпраця H0DN – це звіт про консенсус спільноти щодо константи Хаббла, який перепланував маркери, які ми використовуємо для вимірювання космічного розширення, створивши структуру, що фіксує швидкість на рівні 73,5 км/с на мегапарсек для локального Всесвіту з точністю 7 сигм.

Проблема в тому, що незалежні вимірювання все ще повертають швидкість 67,24 км/с на мегапарсек для раннього Всесвіту – і ці нові зусилля не наблизили нас до вирішення розбіжності, відомої як напруга Хаббла.

Наш Всесвіт виник близько 13,8 мільярдів років тому і з тих пір розширюється. Швидкість, з якою це відбувається, відома як константа Хаббла, або H₀, і це одне з основних вимірювань, які ми використовуємо для розуміння космосу навколо нас.

Константа Хаббла допомагає розрахувати вік і розмір Всесвіту. Вона допомагає нам зрозуміти вплив таємничої темної енергії, яка сприяє розширенню Всесвіту. Це одне з значень, необхідних для розрахунку міжгалактичних відстаней.

Астрономи мають кілька дуже точних інструментів для визначення швидкості H₀, і тут починаються проблеми.

Всі інструменти для вимірювання в локальному, недавньому Всесвіті дають досить послідовні результати, близько 72 до 74 км/с на мегапарсек. Інструменти для вимірювання в далекому, ранньому Всесвіті також дають досить послідовні результати, близько 67 або 68 км/с на мегапарсек.

Однак ці два етапи не можуть бути приведені до згоди один з одним, що свідчить про те, що ми пропускаємо щось важливе. Розбіжність відома як напруга Хаббла.

Співпраця H0DN підійшла до проблеми, зосередившись на локальному Всесвіті. Щоб виміряти H₀ в локальному просторі, астрономи покладаються на те, що називається космічною відстаневою драбиною, де кожен з рядів драбини представляє різну техніку вимірювання.

Перша сходинка – це паралакс, який є очевидним зсувом у положенні далеких об'єктів, коли їх спостерігають з різних точок зору. Коли Земля обертається навколо Сонця, паралакс зір говорить нам, як далеко вони знаходяться.

Друга сходинка – це зірки з відомою яскравістю, такі як змінні зірки Цефеїди. Третя сходинка – це наднові типу Ia, які мають відому яскравість піку.

Одне з можливих пояснень напруги Хаббла полягає в тому, що могла бути помилка в одному з рядів драбини, яка була перенесена до остаточного вимірювання.

Для цього співпраця побудувала не драбину, а мережу відстаней, побудовану з багатьох перекриваючихся технік вимірювання відстані – включаючи змінні зірки Цефеїди, зірки на кінці червоного гіганта, змінні Міри, мегамазери, наднові типу Ia та типу II, коливання поверхневої яскравості, відношення Таллі-Фішера та фундаментальну площину.

Усі ці методи дають точні вимірювання для найближчих зірок і галактик, деякі з яких перекриваються один з одним. Об'єднана мережа локальних відстаней вказує на те, що локальна константа Хаббла становить 73,5 км/с на мегапарсек.

Дослідники ретельно перевірили свої результати. Вони намагалися по черзі виключити кілька методів і телескопів, щоб побачити, чи зміна одного з них вплине на результат – що вказувало б на дефект у цьому методі.

Вони також намагалися використовувати різні набори даних і змінювати припущення, на яких базувалася їхня аналітика.

Стрілка ледь зрушилася. Це найсуворіше дослідження H₀ на локальному рівні на сьогоднішній день, і воно витримало всі випробування, які співпраця H0DN могла йому піддати.

Але вимірювання H₀ у далекому Всесвіті також є надійними і постійно коливаються навколо позначки 67 км/с на мегапарсек.

Останніми роками деякі зусилля зосередилися на перегляді напруги Хаббла на основі того, що наші вимірювання можуть бути неправильними. Загалом, якщо наші два варіанти – людська помилка та невідома фізика, винуватцем зазвичай виявляється перше, тому це не є нерозумним очікуванням.

Однак це нове дослідження сильно вказує на те, що проблема дійсно реальна – і може вимагати нової фізики для вирішення.

Дослідники зробили свій код мережі локальних відстаней вільно доступним на GitHub, щоб інші могли спробувати відтворити результати.

"Замість того, щоб служити лише для обмеження моделей темної енергії, як це передбачалося десять років тому, покращена точність H0 тепер виявляє більш широку невідповідність у стандартній космологічній структурі та підсилює аргументи на користь нової фізики або глибшої переоцінки висновків раннього Всесвіту", – пише співпраця H0DN.

"Еволюція ролі H₀ вже змінила наше розуміння точності космології, і подальші сюрпризи можуть бути попереду."

Стаття була опублікована в Astronomy & Astrophysics.