Расширение Вселенной быстрее, чем ожидалось
Адам Дж. Рисс
Университет Джона Хопкинса и Научный институт космического телескопа
Ключевые достижения
• Измерение постоянной Хаббла в локальной или поздней Вселенной улучшилось с 10% неопределенности двадцать лет назад до менее 2% к концу 2019 года.
• В 2019 году несколько независимых групп представили результаты измерений различными методами и различными калибровками для получения согласованных результатов.
• Эти поздние оценки Вселенной не согласуются с 4𝜎 до 6𝜎 с предсказаниями, сделанными из Космического Микроволнового Фона в сочетании со стандартной космологической моделью, разногласия, которые трудно объяснить или игнорировать.
Нынешняя скорость расширения нашей Вселенной, постоянная Хаббла, может быть предсказана из космологической модели с использованием измерений ранней Вселенной или, более точно, измерена из поздней Вселенной. Но когда эти измерения улучшились, возникли удивительные разногласия между ними. В 2019 году ряд независимых измерений поздней Вселенной с использованием различных методов и данных позволил получить согласованные результаты, что затрудняет игнорирование расхождений с ранними предсказаниями Вселенной.
Цель современной космологии - объяснить эволюцию Вселенной от ее зарождения до настоящего времени, используя наше ограниченное понимание ее состава и физических законов. Это даже сложнее, чем кажется! Первая трудность материализовалась в 1929 году, когда первоначальные оценки существующей скорости расширения - известной как постоянная Хаббла или H0 - перематывались на сингулярность Большого взрыва, предполагая, что Вселенная была моложе, чем возраст, оцененный для Земли и Солнца. Оглядываясь назад, можно сказать, что обе цифры оказались далеко от истины, но в то же время достигнут огромный прогресс. Измерение H0 улучшилось с 10% -ной неопределенности в начале 2000-х годов до менее 2% к 2019 году. За последние несколько лет снижение неопределенности как из измерений космического микроволнового фона (CMB), так и из измерений локальной Вселенной выявило несоответствие, лежащее в основе
Соблазнительно думать, что мы можем видеть свидетельство какой-то «новой физики» в космосе.
Например, если бы мы жили в середине обширной и глубокой пустоты в крупномасштабной структуре Вселенной, это могло бы вызвать чрезмерное локальное расширение.
Тем не менее, шансы пустоты, возникающие в этом большом случае, невероятно малы. Расчеты показывают, что превышение 10σ и, таким образом, крайне убедительно доказывают отсутствие данных о каком-либо конце пустоты от SN Ia на больших расстояниях. Темная энергия с уравнением состояния ниже, чем энергия вакуума, может вызвать более сильное ускорение и объяснить несоответствие, но эта возможность не поддерживается другими измерениями промежуточного красного смещения.
https://www.quantamagazine.org/cosmologists-debate-how-fast-the-universe-is-expanding-20190808/
Когда я добрался до своего гостиничного номера и проверил Твиттер, я обнаружил, что все изменилось. Бумаги Фридмана, Мадора и их команды CCHP только что упали. Используя звезды с остриями красного гиганта, они установили постоянную Хаббла на 69,8 - заметно меньше, чем измерение SH0ES 74,0 с использованием цефеид и 73,3 H0LiCOW от квазаров, и более чем на полпути к прогнозу Планка 67,4. «Вселенная просто издевается над нами в данный момент, верно?» один астрофизик написал в Твиттере. Вещи становились все абсурднее.
Что касается этого 69,8, у Рисс были вопросы о методе Фридмана калибровки первой ступени ее дистанционной лестницы с использованием TRGB в Большом Магеллановом Облаке. «Теперь Большое Магелланово Облако - не галактика; это облако. Это пыльная аморфная штука, - сказал Рисс. «Это большая ирония этого. Они пошли в TRGB, чтобы избежать пыли, но им нужно их где-то откалибровать, то есть им нужно выбрать несколько TRGB, где, как они говорят, мы знаем расстояние другим методом. И единственное место, где они это сделали, - это Большое Магелланово Облако ».
Она объяснила, что она и ее коллеги использовали TRGB в Большом Магеллановом Облаке в качестве своих калибраторов, потому что расстояние до облака было измерено чрезвычайно точно несколькими способами. И они использовали новый подход для коррекции влияния пыли на яркость TRGB - тот, который использовал сами звезды, используя их изменения в яркости как функцию цвета. Она отметила, что ее парные TRGB и сверхновые, на второй ступени ее дистанционной лестницы, показывают меньшую вариацию, чем парные цефеиды и сверхновые Рисса, предполагая, что ее измерение пыли может быть более точным.
В прошлый понедельник в статье, опубликованной на arxiv.org, Рисс и компания утверждали, что калибровка TRGB Фридманом и ее командой основывалась на некоторых данных телескопа низкого разрешения. Они написали, что замена его на данные с более высоким разрешением увеличит оценку H0 с 69,8 до 72,4 - в диапазоне SH0ES, H0LiCOW и других измерений поздней вселенной. В ответ Фридман сказала: «Кажется, есть некоторые очень серьезные недостатки в их интерпретации» метода калибровки ее команды. Она и ее коллеги переделали свой собственный анализ, используя более новые данные, и, как она написала в электронном письме, «мы не находим того, на что претендуют [Рисс и соавторы]».
https://phys.org/news/2020-01-evidence-key-assumption-discovery-dark.html
Новые данные показывают, что ключевое предположение, сделанное при открытии темной энергии, ошибочно
Университет Йонсей
** Новые данные показывают, что ключевое предположение, сделанное при открытии темной энергии, ошибочно
Рисунок 1. Эволюция светимости, имитирующая темную энергию в сверхновой (SN) космологии. Остаток Хаббла - это разница в светимости SN по отношению к космологической модели без темной энергии (черная пунктирная линия). Голубые кружки представляют собой сводные данные SN от Betoule et al. (2014). Красная линия - это кривая эволюции, основанная на нашей датировке возраста галактик-хозяев раннего типа. Сравнение нашей кривой эволюции с данными SN показывает, что эволюция светимости может имитировать остатки Хаббла, используемые при открытии и выводе темной энергии (черная сплошная линия). Предоставлено: Университет Йонсей.
Наиболее прямым и убедительным доказательством ускорения Вселенной с темной энергией являются измерения расстояний с использованием сверхновых типа Ia (SN Ia) для галактик с большим красным смещением. Этот результат основан на предположении, что скорректированная светимость SN Ia посредством эмпирической стандартизации не будет развиваться с красным смещением.
Новые наблюдения и анализ, сделанные группой астрономов в Университете Йонсей (Сеул, Южная Корея), вместе с их сотрудниками в Университете Лиона и KASI, показывают, однако, что это ключевое предположение, скорее всего, ошибочно. Команда выполнила очень высококачественные (отношение сигнал / шум ~ 175) спектроскопические наблюдения, чтобы охватить большую часть зарегистрированных близлежащих галактик-носителей раннего типа SN Ia, из которых они получили самые прямые и надежные измерения возраста населения для эти принимающие галактики. Они обнаруживают значительную корреляцию между светимостью SN и возрастом звездной популяции при уровне достоверности 99,5%. Таким образом, это самый прямой и строгий тест, когда-либо проведенный для эволюции светимости SN Ia. Поскольку предшественники SN в галактиках-хозяевах становятся моложе с красным смещением (время оглядки назад), этот результат неизбежно указывает на серьезное систематическое смещение с красным смещением в космологии SN. Взятые по номиналу, эволюция светимости SN достаточно значительна, чтобы поставить под сомнение само существование темной энергии. Когда эволюция светимости SN должным образом учтена, команда обнаружила, что свидетельство существования темной энергии просто исчезает (см. Рисунок 1).
Комментируя результат, профессор Янг-Вук Ли (Yonsei Univ., Сеул), который руководил проектом, сказал: «Цитируя Карла Сагана, экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств, но я не уверен, что у нас есть такие экстраординарные доказательства темной энергии. Наш результат показывает, что темная энергия из космологии SN, которая привела к Нобелевской премии по физике 2011 года, может быть артефактом хрупкого и ложного предположения ».
Также известно, что другие космологические зонды, такие как космический микроволновый фон (CMB) и барионные акустические колебания (BAO), предоставляют некоторые косвенные и "косвенные" доказательства для темной энергии, но недавно было высказано предположение, что CMB из миссии Planck больше не поддерживает космологическая модель согласования, которая может потребовать новой физики (Di Valentino, Melchiorri, & Silk 2019). Некоторые исследователи также показали, что BAO и другие космологические зонды с низким красным смещением могут быть совместимы с неускоряющейся вселенной без темной энергии (см., Например, Tutusaus et al. 2017). В этом отношении настоящий результат, показывающий эволюцию светимости, имитирующую темную энергию в космологии SN, является решающим и очень своевременным.
Этот результат напоминает знаменитые дебаты Тинсли-Сэндэджа в 1970-х годах об эволюции светимости в наблюдательной космологии, которые привели к прекращению проекта Сандейдж, первоначально предназначенного для определения судьбы Вселенной.
Эта работа, основанная на 9-летней работе команды в 2,5-метровом телескопе Las Campanas Observatory и на 6,5-метровом телескопе MMT, была представлена на 235-м заседании Американского астрономического общества, состоявшемся в Гонолулу 5 января (14:50 на космологической сессии). , презентация № 153.05). Их статья также принята к публикации в Astrophysical Journal и будет опубликована в выпуске за январь 2020 года.
https://www.livescience.com/hubble-constant-universe-expansion-not-make-sense.html
Теперь, как пишут авторы, появляются две совершенно разные картины вселенной. Планк и WMAP - наряду с рядом других подходов к ограничению H0 и Ωm - все более или менее совместимы. На участке в круге белых черт есть место, где все они дают одинаковые ответы о том, как быстро расширяется Вселенная и как много ее состоит из материи. Вы можете видеть, что почти все фигуры на графике проходят через этот круг.
Но самое прямое измерение, основанное на фактическом изучении того, как далеко находятся вещи в нашей локальной вселенной и как быстро они движутся, не соглашается. Измерение Cepheid находится далеко справа, и даже его полосы ошибок (слабые желтые биты, обозначающие диапазон вероятных значений) не проходят через пунктирную окружность. И это проблема.
Одна возможность, о которой говорили авторы, заключается в том, что мы живем в странной части вселенной, где меньше галактик и меньше гравитации, поэтому наше соседство расширяется быстрее, чем вселенная в целом.
мы живем в странной части вселенной
мы живем в странной части вселенной
мы живем в странной части вселенной
+++
Ну что, соберемся с духом продолжить рассказ или...?