Космологи столкнулись с серьезной научной проблемой, которая указывает на несовершенство знаний человека о Вселенной. Сложность касается такой тривиальной, казалось бы, вещи, как скорость расширения Вселенной. Дело в том, что разные методы указывают на разное значение, — и странное расхождение пока никто не может объяснить. «Лента.ру»рассказывает об одной из самых таинственных загадок современной космологии.

Космическая тайна

В настоящее время стандартная космологическая модель «Лямбда-CDM» (ΛCDM) наиболее точно описывает эволюцию и строение Вселенной. Согласно этой модели, Вселенная имеет ненулевую положительную космологическую постоянную (лямбда-член), вызывающую ускоренное расширение. Кроме того, ΛCDM объясняет наблюдаемую структуру реликтового излучения (космического микроволнового фона), распределение галактик во Вселенной, обилие водорода и других легких атомов, а также саму скорость расширения вакуума. Однако серьезное расхождение скорости расширения может свидетельствовать о необходимости радикального изменения модели.

Физик-теоретик Вивиан Пулен (Vivian Poulin) из Национального центра научных исследований Франции и Лаборатории Вселенной и элементарных частиц в Монпелье утверждает, что это означает следующее: в молодой Вселенной произошло что-то важное, о чем мы пока не знаем. Возможно, это было явление, связанное с неизвестным типом темной энергии или новой разновидностью субатомных частиц. Если модель будет учитывать его, то несоответствие исчезнет.

На пороге кризиса

Одним из способов определения скорости расширения Вселенной является изучение микроволнового фона — реликтового излучения, которое возникло спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва. С помощью ΛCDM можно вывести постоянную Хаббла, измерив крупные флуктуации реликтового излучения. Она оказалась равна 67,4 километра в секунду на каждый мегапарсек, или примерно три миллиона световых лет (с такой скоростью расходятся друг от друга объекты, удаленные на соответствующее расстояние). При этом погрешность составляет всего лишь 0,5 километра в секунду на мегапарсек.

Если мы получим примерно то же самое значение с помощью другого метода, то это подтвердит справедливость стандартной космологической модели. Ученые измеряли видимую яркость стандартных свечей — объектов, светимость которых всегда известна. Такими объектами являются, например, сверхновые типа Ia — белые карлики, которые больше не могут поглощать вещество от крупных звезд-компаньонов и взрываются. По видимой яркости стандартных свечей можно определить расстояние до них. Параллельно можно измерить красное смещение сверхновых, то есть сдвиг длин волн света в красную область спектра. Чем больше красное смещение, тем больше скорость удаления объекта от наблюдателя.

Таким образом становится возможно определить скорость расширения Вселенной, которая в данном случае оказывается равной 74 километра в секунду на каждый мегапарсек. Это не соответствует значениям, полученным из ΛCDM. При этом маловероятно, что погрешность в измерении способна объяснить расхождение.

По словам Дэвида Гросса (David Gross) из Института теоретической физики имени Кавли при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, в физике частиц такое расхождение называлось бы не проблемой, а кризисом. Однако ряд ученых не согласился с подобной оценкой. Ситуацию осложнил другой метод, который также основан на изучении ранней Вселенной, а именно барионных акустических осцилляций — колебаний в плотности видимого вещества, заполняющего раннюю Вселенную. Эти колебания вызваны акустическими волнами плазмы, и они всегда имеют известные размеры, что делает их похожими на стандартные свечи. В сочетании с другими измерениями они дают постоянную Хаббла, согласующуюся с ΛCDM.