Одним из самых старых и фундаментальных вопросов человечества является вопрос о том, сколько лет существует наша Вселенная. К счастью, развитие науки и технологий позволило исследователям подобраться как никогда близко к истокам известного нам мира: недавно астрономы из Паранальской обсерватории, расположенной высоко в Андах на севере Чили, объявили о новых данных, полученных в ходе измерения реликтового излучения – старейшего теплового излучения нашей Вселенной, открытого в 1965 году и иногда называемого эхом Большого взрыва. Согласно новым данным, возраст Вселенной составляет 13,77 миллиардов лет, плюс-минус 40 миллионов лет. Важность открытия сложно переоценить, ведь точный возраст Вселенной является важным фактором для ученых, пытающихся понять эволюцию и расширение космоса. Более того, возможно, ученые находятся на пороге нового открытия в космологии, которое может изменить наше понимание того, как устроена Вселенная. Рассказываем об одном из важнейших научных открытий и о том, какое отношение к нему имеет обнаружение самой древней галактики во Вселенной.

Почти 10 000 галактик, наблюдаемых в одной части неба космическим телескопом Хаббла.

Как определить возраст Вселенной?

Миф о сотворении мира существует в каждой культуре. Ацтеки, например, верили что никакого первоначального хаоса никогда не существовало. Его место занимал так называемый первичный порядок – абсолютный вакуум, непроглядно черный и бесконечный, в котором неким странным образом жил верховный бог – Ометеотль. В индуизме тоже фигурирует концепция возникновения мира из пустоты, правда, пустоты несколько странной – по легенде в начале времен существовал бесконечный океан, в котором плавала гигантская кобра и был бог Вишну, который спал у нее на хвосте. А больше ничего не было. Вавилоняне, в свою очередь, верили, что небо и земля сотканы из тела убитого Бога.

Интересно, что лишь немногие системы верований указывают, когда началось существование (за исключением индуизма, который учит, что Вселенная меняется каждые 4,3 миллиарда лет, что не так уж далеко от фактического возраста Земли). В четвертом и третьем веках до нашей эры Платон, Аристотель и другие философы в один голос утверждали, что планеты и звезды заключены в вечно вращающиеся небесные сферы и в течение следующего тысячелетия или около того мало кто мог подумать, что у Вселенной вообще есть возраст.

Так продолжалось до по тех пор, пока развитие науки не привело к появлению телескопов, что в корне изменило взгляд человечества на Вселенную. Дело в том, что более крупные телескопы подарили астрономам более четкое представление не только о планетах Солнечной системы, но и о других галактиках. В конце 1920-х годов острый ум Эдвина Хаббла позволил выдающемуся ученому впервые измерить межгалактические расстояния. Он обнаружил, что галактики не только по-настоящему огромны, но и удаляются друг от друга.

У Вселенной, как выяснилось в дальнейшем, все-таки есть день рождения.

Более того, Вселенная расширялась и Хаббл установил с какой скоростью – 500 километров в секунду на мегапарсек – константу, которая теперь носит его имя. Со знанием скорости расширения Вселенной астрономы получили возможность оглянуться назад во времени и оценить, когда космос начал расти. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть примерно 2 миллиарда лет.

Но измерение расстояний до далеких галактик – дело неблагодарное. Другой, более надежный метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабое потрескивание микроволн, исходящих ото всюду в космосе. Ранее космологи предсказывали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, испущенный всего через сотни тысяч лет после рождения Вселенной, был бы растянут расширением пространства на более длинные микроволны. Измеряя характеристики этого микроволнового фонового излучения (реликтового излучения), астрономы пришли к выводу о том, что у космоса есть начало.

Реликтовое излучение

С течением времени реликтовое излучение позволило космологам получить представление о том, насколько велика была Вселенная вскоре после Большого взрыва. В дальнейшем это помогло им вычислить ее размер и скорость расширения в прошлом и сегодня. Но когда измерения ранней и современной вселенных стали более точными, версии начали расходиться. Это несоответствие может намекать на то, что в картине реальности космологов отсутствует нечто более глубокое. Например, связь реликтового излучения с сегодняшним днем предполагает наличие таинственных темной материи и темной энергии, которые, по-видимому, доминируют в нашей Вселенной. Тот факт, что измерения постоянной Хаббла не совпадают, также может указывать на то, что вычисление истинного возраста Вселенной потребует больших усилий.

Новое исследование, судя по всему, прояснит ситуацию. Согласно работе, опубликованной в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, полученные результаты согласуются с данными, ранее полученными астрономическим спутником Европейского космического агентства «Планк», который измерял реликтовое излучения с 2009 по 2013 годы.

Новые данные определяют постоянную Хаббла в 67,6 километров в секунду на мегапарсек. Ранее исследователи, основываясь на данных полученных спутником «Планка», оценивали постоянную Хаббла в 67,4 км в секунду на мегапарсек.

Так выглядит карта реликтового излучения, составленная с помощью данных, полученных «Планком».

Более того, новые данные также согласуются с так называемой Стандартной моделью физики элементарных частиц, разработанной в 1970-х годах и усовершенствованной в последующие годы. Стандартная модель заключает в себе лучшее понимание учеными того, как элементарные частицы и фундаментальные силы природы связаны друг с другом.

В общем и целом данные, полученные в ходе нового исследования, придают ученым больше уверенности в измерениях реликтового излучения, а датировка возраста Вселенной в 13,77 млрд лет также соответствует возрасту Вселенной, ранее оцененному с помощью данных со спутника «Планк». Интересно и то, что недавно астрономы обнаружили самую далекую и древнюю галактику во Вселенной.

«Теперь мы пришли к ответу, в котором данные «Планка» и данные, полученные с помощью телескопа Атакама (АСТ) согласуются друг с другом, – слова Симоны Айолы, одного из авторов исследования приводит издание earthsky.org. «Полученные данные свидетельствуют о том, что эти сложные измерения надежны».

Самая древняя галактика во Вселенной

Всматриваясь в необъятное пространство астрономы обнаружили кое-что интересное: галактика GN-z11, вероятно, является самой далекой из всех галактик, когда-либо обнаруженных учеными. Команда астрономов из Токийского университета приступила к миссии по поиску самой далекой наблюдаемой галактики, чтобы больше узнать о том, как и когда она сформировалась.

Чтобы определить, как далеко GN-z11 находится от Земли, астрономы изучали красное смещение галактики – то, насколько ее свет растянулся или сместился к красному концу спектра (чем дальше космический объект находится от нас, тем более красным будет исходящий от него свет). Используя современный наземный спектрограф – прибор для измерения эмиссионных линий под названием MOSFIRE, установленный на телескопе астрономической обсерватории Мауна-Кеа на острове Гавайи, астрономы смогли наблюдать и детально изучать линии излучения, исходящие из галактики.

Стрелка указывает на самую отдаленную галактику во Вселенной. Ниже: линии эмиссии углерода, наблюдаемые в ИК-диапазоне.

В дальнейшем ученые продолжат собирать данные и перепроверять полученные выводы в попытке разрешить противоречия постоянной Хаббла. Один из соавторов исследования Майкл Нимак полагает, что растущее напряжение между отдаленными и локальными измерениями постоянной Хаббла предполагает, что исследователи, возможно, находятся на пороге нового открытия в космологии, которое может в корне изменить наше понимание того, как устроена Вселенная. В свою очередь более мощные телескопы, которые в скором будущем приступят к работе, помогут развенчать многие загадки космоса. Ну что же, будем ждать!