Джеймс Уеб потвърди скоростта на разширяване на Вселената, измерена от Хъбъл

Един от фундаменталните параметри за разбирането на еволюцията на нашата Вселена е константата на Хъбъл. Тя е величина, която отчита скоростта на разширяване на Вселената и чиято стойност все още не е точно определена. Така например има разминаване между стойността ѝ, прогнозирана на базата на космическия микровълнов фон – фоновото космическо излъчване, останало от Големия взрив – и стойността, изчислена на базата на редица независими показатели за разстоянията.

Сега „Джеймс Уеб“ даде възможност да се проучат и уточнят някои от най-силните доказателства от наблюденията за това несъответствие, известно още като напрежението на Хъбъл. Изследването, ръководено от нобеловия лауреат Адам Рийс от университета „Джон Хопкинс“, използва наблюденията на Уеб, за да подобри точността на локалните измервания на константата на Хъбъл.

Резултатът потвърждава точността на предишна оценка, направена с помощта на наблюденията с телескопа Хъбъл. Той обаче подчертава и несъответствието със стойността, прогнозирана на базата на микровълновия фон.

Оценки на Хъбъл и Уеб по цефеидите

Скоростта на разширяване на Вселената съвсем логично показва колко бързо се разширява тя. За да я оценят, учените използват като индикатори звездите от далечните галактики.

По-конкретно, променливите звезди цефеиди, ярки свръхгиганти, които пулсират с различни периоди, от десетилетия са основен инструмент за измерване на галактичните разстояния. Колкото по-дълъг е периодът на пулсацията, толкова по-ярки са те, което ги прави полезни за измерване на астрономическите разстояния.

Въпреки това, когато се наблюдават от Земята, много от тези звезди са твърде близо една до друга, за да бъдат различени. От друга страна, съвместното използване на космическите телескопи „Хъбъл“ и „Уеб“ даде възможност за точното отделяне на цефеидите от техните съседи, което потвърждава измерванията, правени в продължение на десетилетия.

Телескопът „Уеб“, който разполага с изострено инфрачервено зрение, подобри разделителната способност и потвърди точността на 30-годишните измервания на „Хъбъл“. Тези данни са от съществено значение за определяне мащаба на космическите разстояния и за точното изчисляване на скоростта на разширяване на Вселената.

Приносът на Джеймс Уеб

Големият принос на Уеб е в наблюденията в инфрачервения спектър на вълните. За да се види светлината, преминаваща през космическия прах между Земята и далечните галактики, е необходим инструмент, който вижда в инфрачервения диапазон. Тъй като JWST има точно такава функция, за него е много по-лесно, отколкото за Хъбъл, лесно да отдели светлината на далечните цефеиди от тази на близките звезди.

През първата година от работата на Уеб в рамките на проекта General Observers 1685 бяха събрани наблюденията на същите цефеиди, които Хъбъл бе открил в различните галактики. Това изследване се фокусира по-специално върху две конкретни галактики:

• Първата, NGC 4258, е галактика с установено геометрично разстояние, което даде възможност да се калибрира истинската яркост на цефеидите.
• Втората, NGC 5584, е галактика, съдържаща скорошната свръхнова тип 1а, която е полезна за точната оценка на астрономическите разстояния.

Благодарение на Уеб шумът в измерванията е драстично намален: само по време на първите два опита на Уеб са наблюдавани над 320 цефеиди. Във всеки един случай стана възможно да се потвърди, че предишните измервания с космическия телескоп Хъбъл са били точни, макар и по-шумни.

Разминаването относно скоростта на разширяване остава

Учените се опитват да разберат защо Вселената се разширява толкова бързо. Проблемът се състои в това, че като разглеждат първообраза на Вселената чрез реликтовото излъчване и използват математически модели, за да преценят с каква скорост би трябвало да се разширява днес, те получават оценка на скоростта на разширяване, която се различава от тази, измерена чрез наблюденията, като тези от космическия телескоп „Джеймс Уеб“.

Това може да означава, че пропускаме една фундаментална част от нашето разбиране на космоса. По този начин продължаващото потвърждаване на експерименталните стойности предполага, че именно нашият модел е сгрешен, но въпреки това допълнително потвърждение е твърде рано да се правят заключения.

Възможните обяснения включват:

• Съществуването на тъмна енергия или екзотична тъмна материя.
• Преразглеждане на представите ни за гравитацията.
• Съществуването на уникална, все още неоткрита частица или поле.

Една по-опростена хипотеза би била съвпадението на грешките от измерванията на Хъбъл и Уеб в една и съща посока, но тази хипотеза до голяма степен е изключена от астрономите в резултат на независимите измервания.

Появата на инфрачервения уред на Джеймс Уеб дава нова възможност да се потвърди или отхвърли напрежението на Хъбъл. Засега фактът, че оценките му съвпадат с тези на Хъбъл, засилва убеждението, че систематичните грешки в измерванията не са основната причина за това напрежение. Това означава, че най-интригуващите обяснения, като например съществуването на нови форми на енергия или материя, остават правдоподобни, а загадката на напрежението на Хъбъл остава открита. Тя по принцип представлява един от най-интересните феномени в съвременната космология.