Международная группа ученых обнаружила, что Стрелец A* (Sgr A *), сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, вышла из длительного периода покоя около 200 лет назад.
Команда, возглавляемая Фредериком Марином, исследователем астрономической Страсбургской обсерватории, выявила эхо прошлого пробуждения этого гигантского объекта, который в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Их работа была опубликована в Nature 21 июня.
В течение одного года в начале 19 века черная дыра поглощала космические объекты, которые подходили к ней слишком близко, прежде чем снова войти в состояние покоя. Никакого эффекта на Земле не ощущалось, поскольку расстояние между Sgr A * и нашей планетой слишком велико (примерно в 2 миллиарда раз больше расстояния от Земли до Солнца). Однако обнаруженное рентгеновское эхо, которое было излучено около 200 лет назад, показывает, что первоначальная интенсивность излучения в момент активности черной дыры была в миллион раз больше, чем излучение Sgr A* в настоящее время.
Чтобы получить представление об увеличении интенсивности рентгеновского излучения, когда черная дыра вышла из состояния покоя, можно провести сравнение, как если бы одинокий светлячок, спрятанный в лесу, внезапно стал таким же ярким, как солнце. Эти результаты объясняют, почему галактические молекулярные облака вблизи Sgr A * светятся ярче обычного — потому, что они отражают рентгеновские лучи, которые Sgr A * испустил 200 лет назад.
Для проведения своих исследований ученые использовали спутник НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), который впервые смог с большой точностью определить поляризацию этого рентгеновского излучения, а также его источник, что ранее оказалось невозможным. Поляризованный рентгеновский луч, подобно компасу, указывает прямо на его источник — Sgr A *, хотя последний в настоящее время фактически спит. Ученые продолжают свою работу над Sgr A *, чтобы попытаться определить физические механизмы, необходимые черной дыре для перехода из состояния покоя в активное.
В астрономии элементы, отличные от водорода и гелия, называются металлами. Хотя это может заставить вашего школьного учителя химии съежиться, для астрономов это имеет смысл. Водород и гелий — два самых легких элемента появились первыми во Вселенной. Они являются атомными остатками большого взрыва и составляют более 99% атомов во Вселенной. Все остальные элементы, от углерода до железа и золота, были созданы в результате астрофизических процессов — таких как ядерный синтез в ядрах звезд, взрывы сверхновых и столкновения белых карликов и нейтронных звезд.
Поскольку подобные астрофизические события происходили на протяжении всей истории Вселенной и продолжают происходить в настоящем, доля металлов во Вселенной со временем увеличилась. Из-за этого одним из способов классификации звезд является количество металлов, которые мы видим в их спектрах. Это известно как металличность звезды. С учетом металличности астрономы подразделяют звезды на три большие группы.
Звезды из популяции I, как и наше Солнце, содержат наибольшее количество металлов. Как правило, это самые молодые звезды, у которых, скорее всего, есть планетные системы. У звезд второй популяции меньше металлов. Это более старая популяция, поэтому большинство из них — красные карлики. В прошлом было много крупных звезд второй популяции, но они давно умерли, большинство из них взорвалось, оставив после себя белых карликов и нейтронные звезды. Остатки облаков взрывов этих мертвых звезд послужили сырьем, из которого сформировалась популяция звезд I как наше Солнце.
Оба этих типа звезд мы видим в Млечном Пути и других галактиках. Но должна быть и третья популяция – звезды прародители, которую мы никогда не видели. Звезды популяции III были бы действительно древними. Они были бы первыми звездами, появившимися во Вселенной, в которых почти не было металлов. Без более тяжелых элементов, увеличивающих их плотность, звезды популяции III, должно быть, были чудовищами. Яркие голубые водородно-гелиевые звезды в сотни раз массивнее нашего Солнца. У них была бы очень яркая, но очень короткая жизнь. Звезды-прабабушки, которые своей насильственной, взрывоопасной кончиной выбросили в космос первые металлы. Все они исчезли задолго до образования нашего Солнца.
Но благодаря конечной скорости света, чем глубже мы заглядываем в космос, тем дальше в прошлое мы можем заглянуть. Астрономы изучили некоторые из самых отдаленных галактик в поисках свидетельств существования этих первых звезд. Теперь, когда космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) включился в работу, астрономы получают потрясающие виды на невероятно далекие галактики. И, согласно недавнему исследованию, одна команда ученых, возможно, обнаружила первый проблеск звезд из популяции III.
Команда изучила спектральные линии из области вблизи галактики, известной как GN-z11. Это одна из самых удаленных от нас галактик, из когда-либо наблюдавшихся. GN-z11 имеет красное смещение около z = 10,6, что означает, что мы видим ее в то время, когда вселенной было всего 400 миллионов лет. Это все еще после того, как, вероятно, сформировались самые первые звезды, поэтому большая часть галактики, вероятно, состоит из звезд второй популяции. Но звезды из популяции III, возможно, все еще формировались в газовом ореоле, окружающем галактику.
Спектральные линии из этой области гало показывают сильную линию HeIIλ1640, которая относится к типу линий, испускаемых гелием, когда он очень горячий. Обычно такой горячий межзвездный газ будет иметь яркие линии от “металлических” элементов, но в этом регионе этого нет. Итак, спектр HeII испускаемый GN-z11, по-видимому, представляет собой смесь газообразных водорода и гелия, которые была сильно чем-то ионизированы.
Наблюдаемые спектры гало в сравнении с моделью ионизации AGN. Credit: Maiolino
Одна из возможных причин предполагает, что область гало могла нагреваться активными ядрами галактик (AGN) в центре GN-z11, но расчетная температура газа в гало и его расстояние от галактики на самом деле не соответствуют этой модели.
Альтернативный вариант заключается в том, что регион был ионизирован массивными звездами населения III. Судя по уровню ионизации, эти звезды были бы примерно в 500 раз массивнее Солнца, а такая масса находится в гипотетическом диапазоне масс звезд популяции III.
Этого исследования недостаточно, чтобы доказать наличие звезд из популяции III, но это убедительный аргумент. Нам нужно больше наблюдений за этими далекими галактиками. И благодаря JWST мы начинаем их получать.
Майолино, Роберто и др. “JWST-НЕФРИТЫ. Возможные сигнатуры населения III при z = 10,6 в гало GN-z11.” Препринт arXiv arXiv: 2306.00953 (2023).
Расположенная за сверхскоплением галактик под названием Abell 2744, галактика JD1 имеет гравитационную линзу и отображается три раза.
Согласно принятой космологической модели развития вселенной — первый миллиард лет жизни был решающим периодом в развитии вселенной и ее эволюции. После Большого взрыва, примерно 13,8 миллиарда лет назад, ранняя Вселенная расширилась и остыла настолько, что образовались атомы водорода. Образовавшаяся материя собиралась в сгустки из которой зажглись первые звезды. Появление первых звезд и галактик несколькими сотнями миллионов лет спустя залило Вселенную мощным ультрафиолетовым светом, который начал сжигать или ионизировать водородный туман. Это, в свою очередь, позволило фотонам перемещаться в пространстве, делая Вселенную прозрачной.
Определение типов галактик, которые доминировали в ту эпоху, получившую название эпохи реионизации, является одной из главных целей астрономии сегодня, но до запуска космического телескопа Джеймса Уэбба NASA / ESA / CSA, астрономам не хватало чувствительных инфракрасных приборов, необходимых для изучения галактик первого поколения.
На данный момент большинство галактик обнаруженных с помощью телескопа Webb являются яркими галактиками, которые встречаются редко и не считаются особенно характерными для молодых галактик, населявших раннюю Вселенную.
Ультраяркие галактики, такие как JD1, гораздо более многочисленны, поэтому астрономы считают, что они более характерны для галактик, которые провели процесс реионизации, позволяющий ультрафиолетовому свету беспрепятственно перемещаться в пространстве и времени.
Впервые обнаруженная в 2014 году, галактика JD1 расположена за огромным скоплением галактик Abell 2744, которая находится на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от земли, имеет размер около 350 миллионов световых лет в поперечнике, и массу эквивалентную более чем 4 триллионам солнечных масс.
Совокупная гравитационная сила скопления Abell 2744 искривляет и усиливает свет от JD1, которая находится за ней, в результате чего слабый свет от JD1 кажется больше и в 13 раз ярче, чем могло бы быть без линзирования.
Ученые использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Webb (NIRSpec) для получения инфракрасного спектра JD1, что позволило им определить ее точный возраст и расстояние от Земли, а также количество звезд, пыли и тяжелых элементов, которые она образовала за свою относительно короткую жизнь.
Поскольку свету требуется время, чтобы добраться до Земли, JD1 видна такой, какой она была примерно 13,3 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего около 4% от ее нынешнего.
Сочетание гравитационного увеличения галактики и новых изображений с камеры Вебба в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRCam) также позволило команде изучить структуру галактики с беспрецедентной детализацией и разрешением, выявив три основных удлиненных скопления пыли и газа, в которых формируются звезды.
До запуска Webb, ученые не могли даже мечтать о подтверждении существования такой слабой галактики. Комбинация Уэбба и увеличительной способности гравитационного линзирования — совершает революцию в наблюдениях, которые переписывают книгу о том, как образовались и эволюционировали галактики сразу после Большого взрыва.
Исследование опубликовано 17 мая 2023 года в Nature (doi: 10.1038 / s41586-023-05994- w), Г. Робертс-Борсани и др.. под названием «Природа ультра-тусклой галактики в космические темные века, наблюдаемая с помощью JWST»
На этом мрачном изображении показана галактика под названием Мессье 85, запечатленная во всей своей тонкой, туманной красоте космическим телескопом НАСА / ЕКА Хаббл. Мессье 85 проходит под углом через созвездие Комы Береники (Волосы Береники) и находится примерно в 50 миллионах световых лет от Земли. Она была впервые обнаружена коллегой Шарля Мессье Пьером Мешеном в 1781 году и включена в каталог небесных объектов Мессье.
Мессье 85 интригует – его свойства лежат где-то между свойствами линзовидной и эллиптической галактик, и, похоже, он взаимодействует с двумя своими соседями: красивой спиральной NGC 4394, расположенной вне кадра в верхнем левом углу, и маленькой эллиптической MCG 3-32-38, расположенной вне кадра в центре внизу.
Галактика содержит около 400 миллиардов звезд, большинство из которых очень старые. Однако в центральной области находится популяция относительно молодых звезд возрастом всего в несколько миллиардов лет; считается, что эти звезды сформировались в результате поздней вспышки звездообразования, вероятно, вызванной слиянием Мессье 85 с другой галактикой более четырех миллиардов лет назад. Мессье 85 обладает еще одним потенциально странным качеством. Считается, что почти в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, но, основываясь на измерениях скоростей звезд в этой галактике, неясно, содержит ли Мессье 85 такую черную дыру.
Одно из самых интересных (и сбивающих с толку) открытий, сделанных космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), — это существование “невероятно больших галактик” существовавших во время “Космического рассвета”, периода, который совпал с концом “Космической темной эры” (примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва). Считается, что этот период содержит ответы на многие космологические загадки, не последней из которых является то, как выглядели самые ранние галактики во Вселенной. Но после того, как Уэбб получил изображения этих первичных галактик, астрономы заметили нечто озадачивающее — галактики были намного больше, чем предсказывает наиболее широко принятая космологическая модель!
С тех пор астрономы и астрофизики ломают голову, пытаясь понять, как могли образоваться столь большие галактики в столь молодой вселенной.
Недавно команда астрофизиков из Еврейского университета Иерусалима опубликовала теоретическую модель, которая возможно раскрывает тайну этих массивных галактик. Согласно их выводам, преобладание особых условий в этих галактиках (в то время) обеспечивало высокоэффективные темпы звездообразования.
Результаты исследования были представлены в статье под названием “Эффективное формирование массивных галактик на космическом рассвете в результате звездообразований без обратной связи”, недавно опубликованной ежемесячными уведомлениями Королевского астрономического общества.
Согласно модели которая наилучшим образом объясняет то, что мы наблюдаем в космосе, первые звезды и галактики сформировались во время “Космической темной эры”. Название относится к тому периоду, когда единственными источниками фотонов был космический микроволновый фон и облака нейтрального водорода, окутывавшими Вселенную. Как только галактики начали формироваться, излучение их горячих и массивных звезд (в 1000 раз массивнее нашего Солнца) начало повторно ионизировать нейтральный водород.
Этот период известен как эпоха реионизации (примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва), когда Вселенная постепенно становилась прозрачной и видимой для современных инструментов. Благодаря чрезвычайной чувствительности телескопа JWST к инфракрасному излучению астрономы раздвинули границы видимого, обнаружив множество массивных галактик, которые существовали всего через полмиллиарда лет после Большого взрыва. И это противоречит стандартной модели, так как с момента Большого взрыва просто не было достаточно времени, чтобы сформировалось так много галактик и они стали такими массивными.
На изображении показана одна из самых отдаленных известных галактик, называемая GN-108036, датируемая 750 миллионами лет после Большого взрыва, который создал нашу вселенную. Credit: NASA/ESA/JPL-Caltech/STScI/University of Tokyo
Уже в первые 500 миллионов лет после Большого взрыва исследователи идентифицировали галактики, каждая из которых содержит около десяти миллиардов звезд, подобных нашему солнцу. Это открытие удивило исследователей, которые пытались найти правдоподобные объяснения загадки, начиная от возможности того, что наблюдательная оценка количества звезд в галактиках преувеличена, и заканчивая предположением о необходимости критических изменений в стандартной космологической модели Большого взрыва.
Согласно модели, предложенной в новой работе, преобладание особых условий в этих галактиках обеспечило бы высокие темпы звездообразования. К ним относятся высокая плотность и низкое содержание тяжелых элементов. Существующие теории формирования галактик указывают на то, что водород, пронизывавший раннюю Вселенную, сколлапсировал в гигантские сферические облака темной материи, где он собрался вместе, чтобы дать жизнь первой популяции звезд (Population III).
Но особый интерес для астрономов представляют первичные сверхмассивные черные дыры, в тысячу раз массивнее нашего Солнца, которые существовали примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Астрономы были удивлены, обнаружив сверхмассивные черные дыры такой массивности в центре ранних галактик, поскольку (опять же) предполагалось, что у них не было достаточно времени для формирования. В будущих наблюдениях будут предприняты попытки найти зародыши этих черных дыр с помощью JWST и обсерваторий, таких как лазерный интерферометр Space Antenna (LISA).
NGC 298 расположена примерно в 89 миллионах световых лет от нас в созвездии Кита. Эта спиральная галактика была открыта 27 сентября 1864 года немецким астрономом Альбертом Мартом. Также известная как ЛЕДА 3250, NGC 298 имеет диаметр около 40 000 световых лет. Она расположена близко к небесному экватору и, по крайней мере частично видна из обоих полушарий в определенное время года.
“На этом снимке NGC 298 выглядит изолированной — одинокую галактику сопровождает лишь горстка далеких галактик и звезд переднего плана”, — говорится в заявлении астрономов «Хаббла».
Хотя NGC 298 кажется мирной, в 1986 году в ней вспыхнула сверхновая второго типа под названием SN 1986K.
Усовершенствованная обзорная камера «Хаббла» (ACS) сделала снимок галактики в рамках расследования происхождения сверхновых типа II.
“Все сверхновые типа II образуются в результате коллапса и последующего взрыва молодых массивных звезд, но они могут создавать впечатляющее разнообразие яркостей и спектральных особенностей”, — сказали исследователи.
“Мы подозреваем, что разнообразие этого космического фейерверка может быть связано с тем, что из звезд удаляются газ и пыль, которые в конечном итоге породят сверхновые типа II”.
“Наблюдение за областью, окружающей взрывы сверхновых, может выявить следы истории звезды-прародительницы, сохранившиеся в этой потерянной массе, а также выявить любые звезды-компаньоны, пережившие взрыв сверхновой”.
“Хаббл использовал короткие периоды между запланированными наблюдениями для изучения последствий ряда сверхновых типа II, надеясь собрать воедино взаимосвязь между сверхновыми типа II и звездными системами, которые их порождают”.
Опубликованы новые изображения, которые объединяют данные в инфракрасном диапазоне с космического телескопа James Webb (JWST), рентгеновской обсерватории Chandra X-ray Observatory NASA, космических телескопов: Spitzer Space Telescope NASA, XMM-Newton ЕКА, ESO New Technology Telescope и оптические данные с космического телескопа Hubble NASA.
На снимках представлены четыре знаковых астрономических объекта, демонстрирующих возможности этих обсерваторий за счет сочетания света в видимом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах волн. К ним относятся звездное скопление NGC 346, расположенное в Малом Магеллановом облаке (SMC), спиральная галактика NGC 1672, туманность Орел (Мессье 16, или M16) и спиральная галактика Мессье 74 (она же. Призрачная галактика).
Эти объекты стали известными благодаря космическому телескопу Хаббл, который сделал их снимки в период с 1995 по 2005 год. С момента начала работы JWST провел наблюдения, которые позволили получить более четкое представление об этих объектах и зафиксировать дополнительные особенности. Добавив знаменитые возможности рентгеновской обсерватории Chandra к чувствительности Webb и его инфракрасному излучению и данные с других телескопов, ученые получили изображения, которые дают новое представление об этих объектах.
JWST предоставила нам самые подробные и захватывающие изображения Вселенной на сегодняшний день. Речь идет о 6,5-метровом основном зеркале обсерватории (состоящем из позолоченных бериллиевых пластин) и его чувствительных инфракрасных приборах, способных отображать объекты в ближнем, среднем и дальнем инфракрасном диапазонах (NIR, MIR и FIR). Его революционный солнцезащитный экран также поддерживает в обсерватории криогенные температуры, гарантируя, что она не пострадает от солнечных помех. Увы, существуют некоторые длины волн, которые JWST не может визуализировать, что не позволяет ему запечатлеть определенные небесные явления.
Данные с каждого телескопа представлены в разных цветах, и каждый объект отражен в отдельных длинах волн и в виде составного продукта данных. Сочетание видимого и невидимого света и параллельные наложения данных позволяют выявить множество мелких деталей. Полный список снимков можно найти на веб-сайте миссии НАСА «Чандра».
Космический телескоп НАСА / ЕКА «Хаббл» сделал новую поразительную фотографию спиральной галактики в виде медузы под названием JW39.
Понимание физических условий, которые приводят к образованию новых звезд и, наоборот, к прекращению звездообразовательной активности, имеет центральное значение для астрофизики.
Диски галактик являются обычной колыбелью для звездообразования. Это иерархический процесс, прослеживаемый областями звездообразования, получившими название сгустков, которые повсеместно распространены в звездообразующих галактиках.
В отдаленных галактиках преобладают яркие скопления, которые больше и массивнее, чем в локальной Вселенной.
Активность звездообразования находится под сильным влиянием и может быть даже остановлена рядом процессов, некоторые из которых напрямую связаны с окружающей средой, в которой находится галактика.
Снятие ударного давления, то есть удаление межзвездного газа с диска звездообразующих галактик из-за гидродинамического взаимодействия с горячей межгалактической средой, является одним из таких процессов, и считается, что он оказывает сильное влияние на популяции галактик в плотных средах, таких как группы галактик и, особенно, скопления.
“Несмотря на безмятежный внешний вид этой галактики-медузы, она дрейфует в крайне враждебной среде — скоплении галактик”, — говорится в заявлении астрономов Хаббла.
“По сравнению с их более изолированными аналогами, галактики в скоплениях галактик часто искажаются гравитационным притяжением более крупных соседей, которые могут придавать галактикам самые разные странные и удивительные формы”.
“Если этого было недостаточно, пространство между галактиками в скоплении также пронизано обжигающе горячей плазмой, известной как внутрикластерная среда”.
“Хотя эта плазма чрезвычайно разрежена, галактики, движущиеся сквозь нее, испытывают ее почти как пловцы, борющиеся с течением, и это взаимодействие может лишить галактики их звездообразующего газа”.
“Это взаимодействие между внутрикластерной средой и галактиками называется зачисткой от ударного давления и является процессом, ответственным за образование тянущихся усиков этой галактики-медузы”.
“Когда JW39 перемещался через скопление, давление внутрикластерной среды разделило газ и пыль на длинные тянущиеся ленты звездообразования, которые теперь отходят от диска галактики”.
JW39 находится примерно в 900 миллионах световых лет от нас в созвездии Комы Береники.
Это одна из нескольких галактик-медуз, которые Хаббл изучал в течение последних двух лет.
Астрономы использовали широкоугольную камеру 3 Хаббла (WFC3) для детального изучения тянущихся усиков JW39, поскольку они представляют собой особенно экстремальную среду для звездообразования.
“Удивительно, но мы обнаружили, что звездообразование в ‘щупальцах’ галактик-медуз заметно не отличалось от звездообразования в диске галактики”, — сказали они.
Новые наблюдения с помощью спектрографа в ближней инфракрасной области (NIRSpec) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба NASA / ESA / CSA показывают, что комета главного пояса 238P / Read имеет ком из водяного пара, но не содержит значительного количества углекислого газа.
Комета 238P / Read была открыта 24 октября 2005 года американским астрономом Майклом Т. Ридом с помощью телескопа Spacewatch в Национальной обсерватории Китт-Пик.
Также известная как P / 2005 U1, она находится в главном поясе астероидов, но периодически демонстрирует кому и хвост. Ее орбитальный период составляет 5,63 года, а диаметр составляет 600 м.
Сами кометы главного пояса представляют собой довольно новую классификацию, и 238P / Read была одной из первых трех комет, использовавшихся для определения категории. До этого считалось, что кометы находятся в поясе Койпера и облаке Оорта, за орбитой Нептуна, где их льды могли сохраняться вдали от Солнца. Замороженный материал, который испаряется по мере приближения к Солнцу, придает кометам характерную кому и струящийся хвост, отличающий их от астероидов.
Астрономы давно предполагали, что водяной лед может сохраняться в более теплом поясе астероидов, внутри орбиты Юпитера, но окончательного доказательства не было — до появления Webb-а.
В прошлом астрономы видели объекты в главном поясе со всеми характеристиками комет, но только с этими точными спектральными данными Уэбба они смогли сказать, что это определенно водяной лед, который создает этот эффект.
Благодаря наблюдениям Уэбба за 238P / Read астрономы теперь могут продемонстрировать, что водяной лед из ранней Солнечной системы может сохраняться в поясе астероидов.
По словам команды, отсутствие углекислого газа стало еще большим сюрпризом. Обычно двуокись углерода составляет около 10% летучего материала в комете, который может легко испаряться под воздействием солнечного тепла.
Авторы представляют два возможных объяснения отсутствия двуокиси углерода. Одна из возможностей заключается в том, что у 238P / Read при формировании был углекислый газ, но она потеряла его из-за высоких температур.
Этого могло произойти из-за длительного пребывания в поясе астероидов — углекислый газ испаряется легче, чем водяной лед, и может просачиваться наружу в течение миллиардов лет.
Альтернативная версия гласит, что 238P / Read, возможно, сформировалась в особенно теплом кармане Солнечной системы, где не было углекислого газа.
Выводы команды опубликованы на этой неделе в журнале Nature.
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
