Вселенная расширяется. Этот факт известен давно. Но с какой скоростью? Ответ на этот вопрос — одна из главных загадок современной космологии, известное как напряжение Хаббла. Существует два основных способа измерить скорость расширения (постоянную Хаббла).
Первый способ — по реликтовому излучению (космическому микроволновому фону) — «послесвечению» Большого взрыва. Он дает значение, которое соответствует возрасту Вселенной около 13,8 млрд лет.
Второй способ — по локальным измерениям в нашем космическом окружении (по цефеидам и сверхновым). Он дает более высокую скорость расширения, а значит, Вселенная должна быть моложе — около 12,5−12,9 млрд лет. Два значения расходятся примерно на 9%, и это расхождение не удается объяснить в рамках стандартной модели уже много лет.
Группа астрономов под руководством Индранила Баника из Портсмутского университета в Великобритании предложила независимый способ проверки. Они рассчитали минимальный возраст Вселенной, используя самые старые звезды в нашей Галактике. Звезды — это «окаменелости» Вселенной: если астрономы находят звезду возрастом 13 млрд лет, значит Вселенная должна быть как минимум на столько же старше, сколько времени потребовалось для формирования этой звезды после Большого взрыва.
Исследователи начали с выборки из 247,1 тыс. звезд-субгигантов — звезд, которые только что сошли с главной последовательности и возраст которых можно измерить точнее. Данные были взяты из обзоров LAMOST и Gaia. После тщательной очистки выборки (удаления светил, не соответствующих химическому составу типичных старых звезд и перекрестной проверки независимым методом) осталось 155,6 тыс. звезд. Анализ показал, что возраст старейшей из них составляет 13,73 млрд лет (с небольшой неопределенностью: +0,18/−0,15 млрд лет).
Это значение прекрасно согласуется с предсказаниями стандартной космологической модели ΛCDM, основанной на реликтовом излучении. Если предположить, что первые звезды сформировались примерно через 200 млн лет после Большого взрыва, то возраст Вселенной получается как раз около 13,8 млрд лет. С другой стороны, это значение заметно выше того, что следовало бы из локальных измерений, указывающих на 12,5−12,9 млрд лет.
Исследователи признают пять возможных источников неопределенности: размер выборки, качество данных, модельные предположения о звездах, временные масштабы звездообразования и теоретические предсказания. Каждый из них вносит погрешность около 150-200 млн лет, так что отдельные улучшения не дадут резкого уточнения. Но общий результат ясен: возраст старейших звезд Млечного Пути поддерживает стандартную модель.
«В совокупности эти результаты указывают на решение напряжения Хаббла на поздних этапах существования Вселенной, — пишут авторы. — Другая возможность — что напряжение вызвано крупной локальной областью пониженной плотности (войдом), которая делает локальное расширение искусственно быстрым». Иными словами, расхождение в измерениях может быть вызвано не «новой физикой» в ранней Вселенной, а каким-то локальным эффектом, возникшим за последние несколько миллиардов лет. Это хорошая новость для стандартной космологической модели, которую не нужно срочно переписывать.
Результаты работы опубликованы на портале нерецензированных научных материалов arXiv.
Ранее Наука Mail рассказывала о предыдущем изучении возраста Вселенной по звездам Млечного Пути.