Можливо, сьогодні ми переживаємо унікальні часи, які згодом назвуть "космологічною кризою". Різні методи вимірювання віку Всесвіту дають різні результати, і космологи не знають, чому.
Як у астрофізика - і космолога на додачу - у мене є своя точка зору з цього приводу.
Космічний мікрохвильовий фон
Щоб визначити вік Всесвіту, потрібно знати історію його розширення. А щоб дізнатися історію розширення, потрібно провести математичне моделювання. Математичне моделювання досить поширене в науці (по суті, це і є сучасна наука), а у випадку з усім Всесвітом математичною моделлю є загальна теорія відносності Ейнштейна.
Коли ви застосовуєте загальну теорію відносності до всього Всесвіту, ви отримуєте рівняння Фрідмана - набір математичних розв'язків, які пов'язують вміст Всесвіту в будь-який момент часу - скажімо, відносну кількість темної матерії, темної енергії, випромінювання - зі швидкістю розширення в заздалегідь відведених часових рамках.
Виміряйте матеріал - отримайте вік
Найкращий спосіб виміряти кількість речовини у Всесвіті - це космічний мікрохвильовий фон (КМВ), світло, яке залишилося з тих часів, коли навколишньому світу було всього 380 000 років.
Завдяки таким зусиллям, як місія Європейського космічного агентства "Планк", ми маємо у своєму розпорядженні чудові карти КМВ, і ці карти дають нам надзвичайно докладне уявлення про вміст Всесвіту.
Єдине, чого не дають нам карти КМВ, - це кількість темної енергії. Темна енергія ще не існувала, коли створювався КМВ, тому в нашому моделюванні нам доводиться використовувати інші спостереження і додавати кількість темної енергії вручну. Щойно ви це зробите, ви за допомогою рівнянь Фрідмана, а отже, і швидкість розширення в будь-який момент часу. Звідси вже визначається вік Всесвіту.
Наднові
Хоча це надзвичайно надійний спосіб визначення "складу" Всесвіту, КМВ не має миттєвої швидкості; мікрохвильовий фон виник мільярди років тому.
Іншим способом вимірювання швидкості розширення Всесвіту є... ну, вимірюванням швидкості розширення Всесвіту.
Один із варіантів - це наднові типу Ia, при якому одна зірка викидає свою атмосферу на сусідній білий карлик. Коли досягається критичний поріг, білий карлик вибухає, і ми отримуємо наднову.
Оскільки цей сценарій практично однаковий у всьому Всесвіті, ми можемо використовувати наднові як стандартні свічки. Іншими словами, ми граємося з яскравістю і пов'язуємо її з часом. Потім використовуємо цю інформацію для оцінки швидкості розширення Всесвіту на момент появи наднової.
Так, по суті, відкрили темну енергію, і відтоді вона є наріжним каменем космологічних вимірювань. Це зручний метод, оскільки він дає нам змогу виміряти швидкість розширення в прилеглому Всесвіті (її називають постійною Габбла, хоча насправді вона не є постійною - але це вже інша історія).
Однак цей метод досить обмежений; у нашому розпорядженні не так багато наднових, щоб зазирнути у більш віддалений Всесвіт.
У пошуках темряви
За два десятиліття, що минули відтоді, як астрономи відкрили темну енергію (хоча це не так, але це ще одна інша історія), ми зіткнулися з невеликою заминкою: вимірювання швидкості розширення Всесвіту за даними КМВ і наднових стають дедалі точнішими, але вони починають розходитися. Десь на 10 або 20 мільйонів років за припущення 13,77-мільярдної історії Всесвіту. Але ми працюємо на такому рівні точності, що про це варто поговорити.
Один зі способів вирішити цю проблему - визнати, що наші вимірювання КМВ недосконалі. Але вимірювання "Планка" є одними з найточніших із тих, що коли-небудь проводилися в науці, а численні тести і перевірки за роки, що минули після публікації перших даних, тільки зміцнили розрахунки.
Але оскільки нам доводиться вручну додавати темну енергію, можливо, ми щось упускаємо. Існує припущення, що темна енергія змінюється з часом, або пов'язана з темною матерією, або щось іще. Цей варіант, зокрема, не дає спокою теоретикам, оскільки вони пишуть статтю за статтею, спираючись на можливість ймовірності.
І, нарешті, можливо, вимірювання наднових трохи помилкові. Звичайно, це більш прямий шлях до визначення сучасної швидкості розширення, але він не є надійним. Вибух зірок - справа досить складна, і якщо ми не до кінця розуміємо фізику процесу, ми не можемо використовувати наднові як точний космологічний показник.
Досить внести невелику невизначеність у моделювання наднових, щоб уся криза зійшла нанівець.
Особисто я вважаю, що ми не розуміємо, що таке наднові - і я кажу це не тільки тому, що був учасником місії "Планк".
Космологічна криза - це гарний привід продовжувати писати статті, тому що темна енергія ставить нас у глухий кут уже понад два десятиліття, ми багато працюємо, але мало що розуміємо. У якомусь сенсі багато космологів хочуть, щоб криза тривала, тому що поки вона існує, їм є про що поговорити.
Найнудніший спосіб розв'язання кризи - визнати, що наднові не є потужним датчиком швидкості розширення, як нам хотілося б. Але ніщо так не приносить прибутку і слави, як експлуатація культової теми. Зокрема й кількості опублікованих статей. Криза триватиме, оскільки наднові стали частиною поп-культури, позбулися наукової привабливості.
Джерело: space.com
