Физик удвои възрастта на Вселената

В продължение на години астрофизиците изчисляват възрастта на нашата Вселена чрез измерване на времето, изминало от Големия взрив, и изучаване на най-старите звезди въз основа на червеното отместване на светлината, идваща от далечни галактики. Всички свръхнови тип Ia (надеждно разпознаваеми чрез техния спектър) имат подобна енергия на изблик, но наблюдаваната им яркост е различна, тъй като се намират на различни разстояния от Земята. Сравнявайки яркостта на тези „стандартни свещи на космологията“, човек може да разбере колко далече от нас са галактиките, които включват тези свръхнови.

Физици потвърдиха теорията на Айнщайн чрез наблюдения на Луната

След това астрономите открили, че обектите, за които е определено, че са далеч чрез този метод, изглеждат много червени в сравнение с подобни обекти, определени като близки (космологично червено отместване). За да обяснят тази странност, те първо предложили модел на „уморена светлина“ – че фотоните губят енергия с разстоянието, което ги прави „по-червени“ (т.е. с по-дълги дължини на вълната). Това обяснение не работи поради редица причини, включително например това, че експлозиите на свръхнови в далечни региони на Вселената продължават, според астрономите, по-дълго, отколкото в близките.

Затова вместо хипотезата за „уморената светлина“, увеличаването на червеното отместване с разстоянието се обяснява с общата теория на относителността. Според нея червеното отместване е нормалният изход за фотон, летящ през пространство-времето, което се разширява. Това също така обяснява защо експлозиите на свръхрнови в ранната Вселена са траели повече време, отколкото близките: поради разтягането на фотоните от далечни свръхнови астрономите наблюдават очевидно забавяне на времето за събития в ранната Вселена.

Според изчисленията в рамките на този подход, наблюдаваното червено отместване от далечни галактики дава точно определена скорост на тяхното отдалечаване една от друга поради разширяването на Вселената – около 70 километра в секунда на мегапарсек. Ако разделим разстоянието между далечните галактики и нас на тази стойност, се получават 13,8 милиарда години – оказва се, че Големият взрив, който е родил сегашната Вселена, се е случил точно тогава.

Трудности с възрастта

В последните десет години обаче започнали да се натрупват данни, които са слабо съвместими с класическия модел на развитието на Вселената. Има някои много древни звезди като Матусал (HD 140283) и други, които трябва да са се образували преди 13,5 милиарда години. Междувременно досега се смяташе, че трябва да са изминали много стотици милиони години между Големия взрив и образуването на първите звезди. Учените са открили и някои галактики от ранната Вселена, които са в напреднал стадий на космическа еволюция: въпреки че са видими за нас такива, каквито са били само няколкостотин милиона години след Големия взрив, те съдържат звезди, относително богати на тежки елементи, които изискват дълго време на звездна еволюция, за да се образуват.

За да разреши това противоречие, професор Раджендра Гупта от университета в Отава (Канада) предлага да се комбинира хипотезата за „уморената светлина“ с обяснението за червеното отместване чрез разширяването на Вселената в рамките на теорията на относителността. Ученият е публикувал изследването си в списание Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Според астрофизика заедно с модела на уморената светлина придобиват смисъл и хипотезите, че фундаменталните физически константи, които управляват взаимодействието между частиците, могат да се променят с времето. Включително онези константи, на базата на които се изчисляват космологичното червено отместване и възрастта на Вселената.

Астрономи за първи път забелязаха гравитационни вълни от свръхмасивни черни дупки

Ако константите действително се променят по този начин, тогава времевата рамка за образуването на ранни галактики, наблюдавани при високо червено отместване, може да бъде удължена от няколкостотин милиона години до няколко милиарда години. Това дава повече време за развитието на галактиките и появата на стари звезди в ранната Вселена. В резултат Гупта предполага, че вероятната възраст на Вселената е 26,7 милиарда години, което е около два пъти повече от съвременните оценки.

Нови отговори, нови въпроси

В своя подход Гупта се опитва да премахне противоречията между наблюдаваната в рамките на теорията на относителността неголяма възраст на Вселената (13,8 милиарда години) и много зрелите галактики, които астрономите са открили през последните десет години. Например галактиката HD1 е на 13,46 милиарда години, като се е образувала само 324 милиона години след Големия взрив. В същото време тя все още е много ярка, на нивото на много съвременни галактики. Съвременната космология не може да обясни как достатъчно звезди са могли да се появят за толкова кратко време, за да образуват ярка галактика. Не е изненадващо, че на този фон Гупта се обръща към хипотезата за уморената светлина от края на 20-те години на миналия век.

Но въпреки това работата му, първо, не обяснява всички слабости на „уморената светлина“. Например, ако фотоните се „уморяват“ с разстоянието, тогава спектърът на реликтовото лъчение (от момента на Големия взрив) ще изглежда напълно различен от това, което се наблюдава сега. Теоретично чрез произволна промяна на физичните константи (въз основа на предположението на Гупта, че те се променят с времето) човек може да се опита да обясни и това, но тук идва „второто“.

Както смяташе Айнщайн. Разширението на Вселената може да е мираж

Втората слабост на подхода на Гупта е, че е изключително труден за проверка, ако изобщо такава е възможна. Ако изхождаме от факта, че физическите константи в ранната Вселена са се променили, можем да обясним почти всяко наблюдение от нея. Но не можем да потвърдим дали са се променили по описания начин, тъй като експерименти в ранната Вселена не са налични. Следователно хипотезата на Гупта е слабо проверима, което я поставя на границата на ненаучната.

Алтернативни мнения

Има и други опити да се обясни съществуването на много зрели галактики в много ранната Вселена – само на базата на теорията на относителността и без да се прибягва до екзотични хипотези като „уморена светлина“ или променящи се във времето физични константи. Според привържениците на тази гледна точка нашата Вселена е циклична, претърпява свиване с последващо разширяване.

При това от един цикъл на Вселената в друг преминават значителна популация от „реликтови“ черни дупки, служейки като „семена“ за бързото образуване на галактики и за бързо начало на звездообразуване в тях.

ОЩЕ: Вселената се е появила с гръм и трясък, а не с отскок