Наша Вселенная расширяется с ускорением. Это тоже знают многие. В последние пять с лишним миллиардов лет количество пространства, появляющегося в любой момент времени в каком-то месте за единицу времени, постепенно возрастает.

 

В результате расширения Вселенной все дальние объекты от нас постоянно удаляются — в результате им присуще красное смещение, пропорциональное расстоянию до них (с учетом, конечно, неравномерно - сти расширения).

 

Скорость расширения Вселенной принято определять постоянной Хаббла — отношением скорости удаления объекта к расстоянию до него. В принципе постоянная Хаббла показывает, сколько нового пространства появилось между нами и объектом, удаленным от нас на заданное расстояние, в единицу времени. Скажем, если на отрезке длиной миллион световых лет за секунду появилось 21,6 километра нового пространства, то постоянная Хаббла равняется 21,6 км/с на один Mly. Обычно, правда, используют не световые годы, а парсеки — 3,2616 светового года — и измеряют постоянную Хаббла в км/с на мегапарсек (на сколько километров вырастает отрезок пространства длиной в мегапарсек за одну секунду).

Скопление, галактики, расширение, Вселенная, Хаббл
Скопление галактик Эйбелл S1063.
Фото: https://qil.ru

Измерить постоянную Хаббла в наших окрестностях нетрудно. Есть разные методы, которые даже не буду перечислять, главное, они дают достаточно близкие результаты. И в конечном счете получен весьма надежный и многократно перепроверенный результат: в радиусе полтора-два миллиарда световых лет от нас постоянная Хаббла (темп расширения Вселенной) равна 74,03 ± 1,42 (км/с)/Мпк. Запомним.

 

А если речь идет о дальних местах, где эти методы не работают, потому что там не видно «стандартных свечей» — объектов с заранее известной светимостью, измерив яркость которых можно получить расстояние, то и здесь есть варианты. Их тоже много. И некоторые, кстати, позволяют узнать текущую постоянную Хаббла непосредственно.

 

 
 

И в итоге получен весьма надежный и многократно перепроверенный результат: в целом во Вселенной в настоящий момент постоянная Хаббла (темп расширения Вселенной) равна 66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпк.

 

А теперь любуемся ошеломляющим результатом: получается, что в наших окрестностях радиусом полтора-два миллиарда световых лет Вселенная расширяется куда быстрее, чем в целом. Практически, на десять процентов.

Крабовидная туманность, галактики, расширение, радиус, Хаббл
Крабовидная туманность.
Фото: https://qil.ru

При этом выяснить, а может быть, она и в других местах расширяется неравномерно, где-то быстрее, гдето медленнее, не получается — их, этих других мест, с необходимой для этого отчетливостью из-за большого расстояния почти не видно, а методы измерения темпа расширения на больших расстояниях дают с необходимостью только усредненный результат.

 

Это очень неприятный вывод — потому что такого, исходя из всех представлений о Вселенной, быть не должно. И найти ошибку в наблюдениях никак не получается. Хуже того, ее, похоже, нет — все наблюдения подтверждают, что расхождение локальной (в наших окрестностях размером около полутора-двух миллиардов световых лет) с глобальной постоянной Планка (для наблюдаемой Вселенной в целом) является достоверным  — по последней оценке, его достоверность составляет 4,4 σ (в общем, 99,999 %)

 

 
Впрочем, варианты ответа на вопрос о том, почему такое происходит, существуют. Например, расширение Вселенной может носить волнообразный (медленно осциллирующий) характер. То есть темная энергия, которой Вселенная, скорее всего, обязана расширением, может представлять собой некое материальное поле, медленно, с периодом в несколько миллиардов лет, осциллирующее (в этом нет ничего сногсшибательного — однажды, в эру инфляционного расширения, во Вселенной уже существовало осциллирующее поле, вызывавшее ее расширение, — правда, масштаб расширения и напряженность поля были неизмеримо большими, а период осцилляций — неизмеримо меньшим). Тогда не стоит удивляться тому, что в большинстве мест, в том числе и у нас, текущий темп расширения отличается (в ту или иную сторону) от среднего темпа расширения во Вселенной.

 

Существует еще одна модная идея. Предположим, что вдруг в наших окрестностях (в этом самом радиусе полтора-два миллиарда световых лет) средняя плотность материи окажется ниже, чем в целом в остальной Вселенной, процентов на двадцать-двадцать пять. Назвать это войдом нельзя — в войде вообще почти ничего нет, а у нас в эту окрестность попадают и галактики, и скопления, и сверхскопления, и гиперскопления — поэтому данное гипотетическое образование получило название «пузырь Хаббла». И вот если постулировать его существование, то легко понять, что сила притяжения, действующая на каждую точку «пузыря» извне, где плотность материи выше, окажется большей, чем сила, притягивающая ее «изнутри», где плотность меньше. Поэтому к скорости расширения, точнее сказать, «разбегания» материи в пузыре, обусловленной расширением Вселенной, добавится скорость, обусловленная притяжением «внешней» по отношению к пузырю и более плотной материи.

Галактика «Водоворот», скорость, расширение, притяжение
Галактика M51 («Водоворот»).
Фото: https://qil.ru

Увы, но такая идея сталкивается с огромной проблемой. Увидеть аналогичные пузыри в других местах Вселенной невозможно из-за большого расстояния. Но такие «пузыри» не только противоречат расчетам первых мгновений и лет существования Вселенной, прекрасно подтвержденных наблюдениями, но и не наблюдаются в реликтовом излучении, в котором такая неравномерность распределения материи неминуемо должна была оставить свои следы в виде различной его интенсивности на разных участках неба, что на самом деле не соответствует реальной картине. Поэтому как согласовать эту идею с наблюдениями — совершенно непонятно.

 

В общем, все не так просто, как хотелось бы.

 

Статья была опубликована в июньском номере журнала "Наука и техника" за  2019 год

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!