В новом выпуске StarTalk ведущий Нил Деграсс Тайсон и астрофизик Дэвид Сперджел обсуждают одну из самых громких научных дискуссий последнего времени — гипотезу о том, что возраст Вселенной может быть вдвое больше общепринятого. Участники разбирают, почему классическая модель Большого взрыва выдерживает проверку новыми данными и как наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» заставляют ученых пересматривать не возраст космоса, а природу первых звезд.
🌌 Плотность материи и господство темной энергии 0:00
Один из первых вопросов обсуждения коснулся парадокса расширяющейся Вселенной: почему при увеличении объема пространства кажется, что видимой материи становится меньше, а темной — больше . Дэвид Сперджел пояснил, что общее количество атомов и обычной материи в видимой Вселенной остается практически неизменным. Однако из-за расширения пространства плотность этой материи падает — она просто «разбавляется» в увеличивающемся объеме .
Ситуация с темной энергией (или энергией вакуума) принципиально иная:
- Энергия вакуума напрямую связана с самим пространством.
- По мере расширения Вселенной и появления «нового» пустого пространства, общее количество этой энергии растет .
- Когда Вселенной был миллиард лет, темная энергия не играла существенной роли.
- Сегодня она доминирует, составляя около 70% энергетической плотности Вселенной .
- По прогнозам Сперджела, через 10 миллиардов лет её доля вырастет до 90%, а через 20 миллиардов — до 99% .
Что касается черных дыр, то, по словам Сперджела, в них падает лишь крошечная доля материи (менее процента). Излучение Хокинга, которое теоретически должно приводить к испарению черных дыр, для массивных объектов является пренебрежимо малым эффектом. Для того чтобы черные дыры, которые мы наблюдаем сегодня, заметно потеряли в массе, потребуются триллионы лет .
🏮 Гипотеза «уставшего света» против расширения Вселенной 3:38
Обсуждение затронуло старую альтернативную теорию — гипотезу «уставшего света» (tired light). Согласно этой идее, фотоны теряют энергию просто по пути к нам из-за столкновений или других взаимодействий, что и вызывает красное смещение, которое мы ошибочно принимаем за признак расширения .
Дэвид Сперджел утверждает, что эта гипотеза не выдерживает проверки современными наблюдениями. Расширение Вселенной подтверждается не только изменением цвета (энергии) света, но и «растягиванием» самого времени :
- Замедление времени в далеких сверхновых. Если близкая сверхновая угасает за 50 дней, то для далекой (находящейся в пространстве, которое с тех пор расширилось вдвое) этот процесс растягивается до 100 дней. Это прямое доказательство того, что растягивается сама ткань пространства-времени, а не просто свет теряет энергию .
- Реликтовое излучение (CMB). Свойства звуковых волн в ранней Вселенной позволяют предсказать плотность атомов.
- Синтез дейтерия. Количество изотопов водорода, образовавшихся в первые три минуты Большого взрыва, дает те же цифры плотности атомов, что и анализ микроволнового фона. Эти независимые методы согласуются с точностью до нескольких процентов .
- Температура фона. Ученые могут измерить температуру реликтового излучения в прошлом, наблюдая за его влиянием на далекие газовые облака. На красном смещении z=1 (Вселенная вдвое меньше нынешней) температура была вдвое выше, а на z=3 — вчетверо, что полностью соответствует модели расширения .
📜 Ошибочна ли оценка возраста Вселенной в 26 миллиардов лет? 6:46
Недавние заголовки СМИ пестрили новостями о том, что Вселенной может быть 26,7 миллиарда лет. Сперджел настроен к этим заявлениям крайне скептично. Он считает, что подобные выводы основаны на «ряде сомнительных предположений» . По мнению Сперджела, авторы публикации поспешили выпустить пресс-релизы с интерпретацией, которая не проходит проверку кросс-чеками с другими космологическими данными .
Нил Деграсс Тайсон иронично заметил, что в науке «не бывает плохой прессы», и некоторые исследователи могут использовать сенсационные заголовки для привлечения внимания . Тем не менее, Сперджел подчеркивает: согласованность множества тестов указывает на то, что возраст 13,8 миллиарда лет остается наиболее надежной цифрой.
🔭 Загадка «ранних и ярких» галактик телескопа Уэбба 8:58
Данные с телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) действительно преподнесли сюрпризы. В ранней Вселенной были обнаружены галактики, которые светятся гораздо ярче, чем предсказывали стандартные модели. Это и стало поводом для спекуляций об их «старости» .
Однако у Сперджела есть альтернативное объяснение, не требующее удвоения возраста Вселенной:
- Традиционные модели предполагают, что распределение масс звезд в далеких галактиках такое же, как в нашей (много маленьких звезд типа Солнца и мало гигантов).
- Сперджел предполагает, что первое поколение звезд состояло преимущественно из сверхмассивных звезд (в 10–50 раз массивнее Солнца) .
- Такие звезды светят колоссально ярко. Если в ранних галактиках было больше тяжелых звезд, они будут выглядеть гораздо ярче и «старше» при стандартном анализе, хотя на самом деле они просто иначе устроены .
🍩 Форма Вселенной и поиски первичных гравитационных волн 11:08
Один из слушателей задал вопрос о месте Земли в космосе и его форме. Сперджел пояснил, что Вселенная кажется удивительно однородной во всех направлениях. Ученые пытаются измерить её размер, ища повторяющиеся паттерны (как если бы вы летели в одну сторону на «космическом пончике» и вернулись в ту же точку) .
Текущие данные устанавливают нижний предел размера Вселенной: она должна быть как минимум 26 миллиардов световых лет в поперечнике (если она конечна), но вполне может быть и бесконечной .
Статистические свойства флуктуаций в реликтовом излучении оказались невероятно простыми. Их можно описать всего двумя числами: амплитудой и тем, как они меняются в зависимости от масштаба . По словам Сперджела, Вселенная «разочаровывает» ученых своей простотой, не обнаруживая аномалий, следов столкновений с параллельными мирами или зеркальных отражений, которые многие пытались найти .
В данный момент команда Сперджела работает над проверкой теории инфляции (сверхбыстрого расширения в первые мгновения):
- В Чили, на высоте более 5000 метров (17 000 футов) над уровнем моря, строится новый радиотелескоп .
- Цель проекта — обнаружить первичные гравитационные волны с очень большой длиной волны.
- Эти волны должны оставить специфический след в поляризации реликтового излучения .
Дэвид Сперджел резюмирует, что Вселенная остается удивительно однородной — разница температур в разных концах раннего космоса была меньше, чем разница температур в обычной комнате с включенным кондиционером .
