Факт расширения Вселенной был экспериментально установлен бельгийским учёным Жоржем Леметром в 1927 году, а позже — знаменитым Э. Хабблом в 1929 году с помощью 254 см телескопа обсерватории Маунт-Вилсон. Хаббл измерил расстояние до галактик и цефеид (класс пульсирующих переменных звёзд), а также красное смещение галактик, позволяющее определить скорость их удаления от нас. В своей формуле Хаббл ввел постоянную средней скорости разлёта двух галактик, разделённых расстоянием в 1 Мпк получившую позже имя постоянной Хаббла (H). В стандартной космологической ΛCDM-модели Вселенной постоянная Хаббла играет важнейшую роль в вычислении формулы возраста нашей Вселенной.
В моделях расширяющейся Вселенной постоянная Хаббла изменяется со временем, а смысл термина «постоянная» — в том, что в каждый данный момент времени во всех точках Вселенной величина H одинакова. Значение постоянной Хаббла постепенно уточнялось и на 2019 год вычисление расстояний до галактик по светимости наблюдающихся в них цефеид на космическом телескопе «Хаббл» давали оценку в 74,03 ± 1,42 (км/с)/Мпк.
Однако альтернативные расчеты значения, полученные в 2013 и уточненные в 2018 году с помощью измерения параметров реликтового излучения (излучение, которое начало свободно распространяться по Вселенной вскоре после Большого взрыва), произведенное на космической обсерватории «Планк» дали значение 67,4 ± 0,5 (км/с)/Мпк.
Принятая стандартная космологическая ΛCDM-модель вселенной ввиду разности значений постоянной Хаббла дает два значения возраста вселенной: согласно данным телескопа Хаббл возраст самого старого скопления по данным группы, работавшей с ним 12,7 ± 0,7 млрд лет. По данным изучения реликтового излучения полученной обсерваторией Планка это 13,799 ± 0,021 млрд лет.
Величины постоянной Хаббла становились все точнее на протяжении многих лет, сохраняя при этом разницу примерно на 10 процентов, что вызвало широкие дебаты среди физиков и астрономов. Если оба измерения точны, это означает, что текущая теория ученых о строении Вселенной неполна.
Команда ученых из Университета Миннесоты использовала новый метод для измерения скорости расширения Вселенной. Их работа разделена на две статьи, опубликованные в Science и в The Astrophysical Journal.
Они смогли рассчитать значение постоянной Хаббла, используя данные сверхновой, открытой в 2014 году. Телескоп сделал четыре разных изображения одного и того же космического события — Сверхновой Рефсдал, полученных с помощью гравитационного линзирования массивным скоплением галактик на переднем плане (явление, при котором масса скопления на переднем плане изгибает и увеличивает свет исходящий от источника за ней и не видимый без линзирования). После открытия ученые по всему миру предсказали, что сверхновая вновь появится в новом положении в 2015 году, и команда Университета Миннесоты обнаружила это дополнительное изображение.
Используя временные задержки между появлениями изображений 2014 и 2015 годов, исследователи смогли измерить постоянную Хаббла, используя теорию, разработанную в 1964 году норвежским астрономом Сюром Рефсдалом, которую ранее было невозможно применить на практике. Согласно их измерениям значение постоянной Хаббла составляет 66,6 +4,1 / −3,3км (км/с)/Мпк, что лучше согласуются со значением космического микроволнового фона от обсерватории Планка.
Если наблюдения будущих сверхновых, которые также будут гравитационно линзированы скоплениями, дадут аналогичный результат, то это выявит проблему с текущим значением сверхновой или нашим пониманием темной материи в скоплений галактик.
Используя те же данные, исследователи параллельно обнаружили, что некоторые современные модели темной материи скопления галактик смогли объяснить их наблюдения сверхновых. Это позволило им определить наиболее точные модели расположения темной материи в скоплении галактик, вопрос, который долгое время мучил астрономов.
References: “Constraints on the Hubble constant from Supernova Refsdal’s reappearance” by Patrick L. Kelly, 11 May 2023, Science. DOI: 10.1126/science.abh1322