NASA-ның Джеймс Уебб ғарыштық телескопынан алынған жаңа мәліметтер ғаламның қаншалықты жылдам кеңейіп жатқаны туралы құпияны тереңдете түсті. Бұл жаңалық осы ғарыштық жұмбақты түсіндіруге көмектесу үшін белгісіз физика қажет болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Фото: РОБЕРТ ГЕНДЛЕР, SCIENCE PHOTO LIBRARY
Ғалам шамамен 13,8 миллиард жыл бұрын пайда болды және содан бері барлық бағытта кеңеюін жалғастырды. Зерттеушілер «Хаббл тұрақтылығы» аталатын ғарыштық кеңеюдің қазіргі жылдамдығын зерделей отырып, ғаламның жасы мен шежіресіне қатысты детальдарды бағалай алады. Мысалы, ол мәңгі бақи кеңейе бере ме? Әлде кішірейіп, сығымдалуы, тіпті бөлшектеніп кетуі мүмкін бе?
Зерттеушілер «Хаббл тұрақтылығын» өлшеу үшін қолданатын екі негізгі стратегия бар. Оның бірі – құрамы ғалымдарға жақсы белгілі жақын маңдағы нысандарды, мысалы Цефеид айнымалылары деп аталатын супержаңа және пульсирленген жұлдыздарды олардың қашықтығы мен бізден қаншалықты жылдам алыстап бара жатқанын бағалау үшін бақылау. Екінші әдіс ғаламның бастапқы жағадайын зерттеп, оның сол ерте уақыттан бері қаншалықты жылдам кеңейгенін бағалау үшін ғарыштың микротолқынды фонын, үлкен жарылыстан кейін қалған радиацияны зерделейді.
Бірақ соңғы онжылдықта бұл екі әдіс күтпеген жерден екі түрлі қарама-қайшы нәтиже берді. Еуропаның «Планк» ғарыш обсерваториясының ғарыш микротолқынды фонын бақылаулары ғаламның бір мегапарсекке секундына (3,26 миллион жарық жылына пара-пар қашықтық) шамамен 67,4 км жылдамдықпен кеңейетіндігін көрсетеді. Ал жақын маңдағы супержаңа және цефеид жұлдыздарына қатысты деректер әлдеқайда жоғары жылдамдықты – бір мегапарсекке секундына шамамен 73 км жылдамдықты көрсеткен.
«Хаббл шиеленісі» деп аталатын осы дағдарысты шешу ғарыш эволюциясы мен тағдырына жарық түсірер еді. Мұндағы ықтималдықтың бірі – осы критикалық бағалаудың бір немесе бірнеше тәсілінің бірі қате.
«Бұл сәйкессіздік өздігінен жойылады, ол жай ғана өлшеудегі қателік болар деп үміттендік», – дейді. 2011 жылы физика бойынша ғаламның жылдам кеңеюін анықтауға қосқан үлесі үшін Нобель сыйлығын алған Балтимордағы ғарыштық телескоп ғылыми институтының астрофизигі Адам Рисс.
Рисс пен оның әріптестері жаңа зерттеуде Уебтің «өткір көзіне» сүйенді. Олар екі галактикадағы – шамамен 23 миллион жарық жылындай қашықтағы NGC 4258 бен шамамен 100 миллион жарық жылындай қашықтағы NGC 5584 галактикаларындағы 320-дан астам цефеидті талдады.
Зерттеушілер Уебтің Хаббл ғарыш телескопымен салыстырғанда дәлдікті шамамен үш есе жақсартқанын байқады. «Мен 20 пайызға да риза болар едім, сол себепті үш еселік өсім тіптен керемет», – дейді Рисс.
Соған қарамастан, жаңа бақылаулар Хабблдың бұрынғы қашықтық бағалауларымен көп жағдайда сәйкеседі. «Алдыңғы нәтижелер JWST тестінен өтті», – дейді осы зерттеуге қатыспаған Туссондағы (Аризона штаты) Ұлттық оптикалық-инфрақызыл астрономияны зерттеу зертханасының астрономы Джон Блейксли.
«Бұл өлшеудің қатесі емес дейтін кез туады. Егер расында солай болса, онда бұл ғаламдағы өте қызықты бір жайтты меңзеп тұрғаны, – дейді Рисс. – Бұл шынымен де шиеленісе түскен жақсы жұмбақ».
Ғарыштың жұмбақ құрылымы
Осы жаңа тұжырымдар Хабблдағы шиеленіс дәлсіздіктен гөрі, әлдеқайда іргелі бір нәрсемен байланысты болуы мүмкін екенін көрсетеді. Егер жоғарыда айтылған екі мән де дұрыс болса, онда астрономдарға ғаламның қалай өскені туралы кейбір ақпараттар жетіспейді.
Жақын маңдағы супержаңа және цефеид жұлдыздарынан алынған деректер ғарыш микротолқынды фонында көрінетін ғаламның жас кезіндегі жағдайға қатысты алғанда, кеңеюдің күткендегіден де тез үдеп жатқанын көрсетті. Жылдамдықтың осылай күшейтілген үдей түсуі зерттеушілер қазіргі уақытта түсіндіріп жүрген қара күштен, яғни тылсым қуаттан да зор. Теоретиктердің пайымдауынша, осы тылсым күш ғаламның үдей түскен кеңеюін басқарады.
Бұл зерттеуге қатыспаған Париж обсерваториясының астрономы Пьер Кервелла: «Бізде бақылаулар мен ғаламның басымдыққа ие моделі арасында айқын алшақтық бар, – дейді. – Мәселе бақылауларда емес, ғаламның моделінде жатқаны әлдеқайда айқын бола түсті. Оған қарағанда бақылаулар сенімді».
Ықтимал түсініктемелердің бірі мынау болуы мүмкін: «Бәлкім, мәселе біз барлық теорияға қолданып жүрген гравитация теориясында – жалпы салыстырмалылық теориясында жатқан болар?» – дейді Кервелла. Оның түсіндіруінше, ғарыштың микротолқынды фонынан алынған Хаббл тұрақтылығының мәні жалпы салыстырмалылыққа негізделген модельге байланысты.
Тағы бір ықтималдық, ғаламның ерте кезеңінде қара энергияның бұрын күтпеген түрі болған болуы мүмкін, деп атап өтті Рисс. Немесе қара энергия ғаламның өте жас кезінен бастап, ол есейіп, үлкейгенге дейін, яғни уақыт өте келе табиғатта өзгерген болуы мүмкін.
«Идея өте көп, барлығының да артық-кемі бар, – дейді Рисс. – Қазіргі таңда Күлше қыздың туфлидегі аяғындай дәл келетін ешқайсысы жоқ».
Қосымша дәйектер
Жақында ғалымдар Хаббл тұрақтылығын өлшеудің осы құпияны ашуға көмектесуі мүмкін тағы бір әдісін ойлап тапты. Ол гравитациялық толқындарға, кеңістіктегі толқындарға және массаның жылдамдауы кезінде пайда болатын уақытқа сүйенеді.
2017 жылы ғалымдар соқтығысқан нейтрондық жұлдыздардың гравитациялық толқындарын анықтады. Бұл толқындар теориялық тұрғыдан апаттардың Жерден қашықтығын анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін, ал соққылардан шыққан жарық олардың Жерге қатысты алғандағы қозғалыс жылдамдығын көрсете алады. Ғалымдар Хаббл тұрақтылығын есептеу үшін осы деректердің екеуін де пайдалана алады.
Осы әдісті қолданудың алдын ала нәтижелері Хаббыл тұрақтылығының мәні мегапарсек/секундына шамамен 70 километрді құрайтынын шамалайды. Бұл дегеніңіз жоғарыда айтылған екі әдістің ортасы. Алдағы 5-10 жыл ішінде шамамен 50 жұп нейтрондық жұлдыз арасындағы соқтығыстарды талдау нақты нәтижелер үшін жеткілікті мәлімет беруі мүмкін.
«Дегенмен JWST басқа да оннан астам галактикалар үшін цефеид жұлдыздарының қашықтығын өлшейтін болады», деп атап өтті Блейксли. Бұл көршілес ғаламдағы өлшемдерді әлдеқайда салмақты тексеріс болмақ.
Бірақ осы ғарыштық жұмбақтың жетіспейтін бөлігін біреу таппайынша, Хаббл шиеленісі де ешқайда жоғалып кетпейтін шығар, сірә.
Автор: Чарльз К. Чой