Спорът за скоростта на разширяване на Вселената се води от десетилетия. И ето как завърши всичко това

Джеймс Уеб разбули най-голямата космическа загадка.

През изминалото десетилетие учените се опитваха да разрешат загадка, която заплашваше да разклати основите на съвременната космология. Вселената непрекъснато се разширява, но скоростта на този процес (наричана още константа на Хъбъл) изглеждаше различна в зависимост от това дали се изучава древната история на космоса, или сегашното му състояние. Ако това несъответствие се потвърди, то би представлявало сериозен проблем за Стандартния модел – златния стандарт, който представлява най-доброто ни разбиране за структурата на реалността.

Благодарение на новия космически телескоп „Джеймс Уеб“ специалистите от Чикагския университет успяха да получат по-точни данни, които показват, че няма противоречие. Откритията показват, че стандартният модел изобщо не се нуждае от радикално преразглеждане.

Сега съществуват два основни подхода за изчисляване на константата на Хъбъл. Първият метод се основава на измерването на остатъчната светлина от Големия взрив, която все още се движи в пространството. Това лъчение се нарича космически микровълнов фон и дава информация на астрономите за условията, които са съществували във Вселената в ранните етапи от нейното развитие.

Професор Уенди Фридман, професор по астрономия и астрофизика на името на Джон и Марион Съливан, е специализирана във втория подход. Той включва измерване на константата в настоящия момент във времето в нашата местна астрономическа среда. Парадоксално, но този метод е много по-труден от наблюдението на миналото, тъй като точното измерване на разстоянията е изключително трудна задача.

През изминалия половин век учените са разработили няколко подхода. Единият от тях се основава на улавянето на светлината на определен клас звезди в момента на тяхната максимална яркост, когато те експлодират като свръхнови в края на жизнения си цикъл. Като се знае максималната граница и се измерят действителните стойности, е възможно да се изчисли разстоянието до източника на избухването.

Допълнителните наблюдения позволяват да се определи скоростта, с която галактиката, в която е настъпил взривът на свръхнова, се отдалечава от нас. Фридман е разработила и два други метода, които използват знанията за червените гиганти и въглеродните звезди. Всеки тип звезди има характерни свойства, които могат да се използват като космически маяци за измерване на разстояния.

При тези изчисления обаче трябва да се приложат много корекции, преди да се получи окончателна стойност на разстоянието. Първо, трябва да се отчете космическият прах, който отслабва светлината между нас и отдалечените звезди в техните родителски галактики. Микроскопичните частици материя действат като естествен филтър, който изкривява истинската яркост на наблюдаваните обекти.

Също така е необходимо да се проверят и коригират разликите в яркостта, които могат да възникнат в течение на космическото време. Звездите в различните галактики и на различни етапи от еволюцията на Вселената могат да имат малко по-различни характеристики. И накрая, учените трябва да определят и коригират фините несигурности в измерванията, свързани с използваните инструменти.

Технологичният напредък, включително изстрелването на много по-мощния телескоп Джеймс Уеб през 2021 г., доведе до много по-сериозни промени в изследванията. Фридман подчертава, че екипът ѝ е увеличил повече от два пъти извадката от галактики, използвани за калибрирането на свръхновите. Статистическото подобрение изглежда впечатляващо.

Последните изчисления, които включват данни както от телескопите „Хъбъл“, така и от телескопа „Джеймс Уеб“, дават стойност от 70,4 километра в секунда на мегапарсек, с допустима грешка от плюс или минус 3%. Всичко напълно съвпада с последните измервания на космическия микровълнов фон, които показват 67,4 с грешка от около 0,7%.

„Джеймс Уеб“ има четири пъти по-висока разделителна способност от телескопа „Хъбъл“, което му позволява да различава отделни звезди, които преди са изглеждали като размазани клъстери на изображенията. Новият телескоп е и около десет пъти по-чувствителен – осигурява по-голяма точност и възможност за откриване дори на най-тъмните обекти, които представляват научен интерес.

И не само. Днес космическият телескоп „Джеймс Уеб“ може да анализира до най-малки подробности атмосферния състав на чуждите светове, отдалечени на много светлинни години. Това може да се окаже ключът към откриването на съществуването на извънземен живот. А Джеймс Уеб е само началото на това начинания.

Астрофизиците се опитват да създадат теория, която да обясни различните скорости на разширяване на Вселената на различните етапи от нейната еволюция. По темата са публикувани над хиляда научни статии, но задачата се оказва изключително трудна. Многобройните опити да се намери теоретично обяснение на наблюдаваните несъответствия така и не доведоха до убедителни резултати.

Във всеки случай учените продължават да търсят пукнатини в стандартния модел, описващ Вселената, тъй като те биха могли да дадат ключ към разбирането на двете големи неразгадани загадки – тъмната материя и тъмната енергия. Но константата на Хъбъл все повече престава да представлява интерес за експертите. В крайна сметка новите данни показват, че проблемът може би не е във фундаменталните закони на физиката, а в точността на предишните измервания.

Фридман и нейният екип планират да използват телескопа „Уеб“ през следващата година, за да измерят група галактики, наречена клъстер Кома. По този начин те искат да получат допълнителни данни от друга точка на звездното небе и да затвърдят още повече своите открития. Всички са оптимистично настроени за окончателно решение на този космологичен пъзел още през следващите няколко години.