Искали 73, надеялись на 68, а получили 64. Соседи Млечного Пути окончательно запутали физиков со скоростью Вселенной

В космологии уже много лет не сходятся два очень точных числа. Одно описывает скорость расширения ранней Вселенной по реликтовому излучению, другое получают по наблюдениям за более близкими галактиками. Разница кажется небольшой, но именно вокруг нее выросла одна из самых неприятных проблем современной космологии, так называемое напряжение Хаббла. Теперь международная группа исследователей предложила посмотреть на вопрос с другой стороны и получила результат, который снова сдвигает оценку вниз.

Две новые работы, опубликованные в Astronomy & Astrophysics, посвящены ближайшим к нам группам галактик. В одной исследователи изучали группу Центавра A, в другой группу M81. Авторы пытались одновременно оценить массу этих систем и постоянную Хаббла, то есть величину, которая показывает, с какой скоростью расширяется Вселенная. В команде участвовал, в частности, Давид Бенисти из Лейбницовского института астрофизики в Потсдаме.

Постоянную Хаббла обычно выражают в километрах в секунду на мегапарсек. Один мегапарсек равен примерно 3,3 миллиона световых лет. По данным ранней Вселенной, которые извлекают из реликтового микроволнового фона, получается значение около 68 км/с на мегапарсек. По наблюдениям за более поздней Вселенной, где расстояния часто измеряют через вспышки сверхновых, выходит уже около 73. Именно расхождение между этими двумя оценками и называют напряжением Хаббла.

Новые статьи предлагают не следить напрямую за расширением через звездные взрывы, а смотреть на поведение самих галактических групп внутри общего космического потока. Здесь работает сразу две силы. Гравитация стягивает галактики друг к другу и удерживает группу как связанную систему. Расширение Вселенной, наоборот, пытается растянуть структуру и разнести галактики в стороны. По тому, как выглядит этот баланс, можно одновременно судить и о массе группы, и о скорости космического расширения.

Именно такой подход и дал неожиданный результат. Для обеих групп ученые получили постоянную Хаббла около 64 км/с на мегапарсек. Значение оказалось не просто ниже привычных локальных оценок, а даже ниже числа, которое обычно выводят из реликтового излучения. Авторы осторожно предполагают, что хотя бы часть напряжения Хаббла может быть связана не только с самой физикой Вселенной, но и с тем, какие объекты и какие методы используют астрономы для расчета.

Одна из работ посвящена группе Центавра A, одной из ближайших галактических групп за пределами Местной группы, куда входит Млечный Путь. Раньше считалось, что вся структура в основном сосредоточена вокруг гигантской эллиптической галактики Центавр A, а рядом с ней движутся десятки более мелких спутников. Новый анализ показал более сложную картину. Группа, судя по расчетам, не сводится к одной доминирующей галактике, а устроена как двойная система, где ключевую роль вместе с Центавром A играет галактика M83. За счет такой схемы исследователи получили первую оценку постоянной Хаббла для группы именно как для двойной структуры, а заодно уточнили ее массу.

Вторая работа посвящена группе M81. Астрономы и раньше знали, что в центре этой системы находятся сразу две важные галактики, M81 и M82. Новый, более широкий набор наблюдений показал, что окружающие их галактики по-прежнему выстраиваются в плоскую структуру, о которой говорили и более ранние исследования. Но при ближайшем рассмотрении структура оказалась не такой простой. Внутренняя область размером меньше миллиона световых лет наклонена примерно на 34 градуса по отношению к более крупному окружению. На расстоянии около 10 миллионов световых лет ориентация уже меняется и начинает совпадать с более широкой листообразной структурой, которая тянется вплоть до группы Центавра A.

На этом интересные выводы не заканчиваются. Обе группы похожи не только окружением, но и тем, как в них распределена масса. По расчетам авторов, массы самых ярких галактик почти полностью объясняют массу всей группы. Движение окружающих галактик тоже удается описать через обычное взаимодействие гравитации самих галактик и космического расширения. Дополнительная большая масса, которую обычно приписывают общему гало темной материи, здесь не понадобилась.

Именно этот вывод выглядит особенно неудобным для стандартной картины. В численных моделях группы галактик почти всегда помещают внутрь общего гало темной материи, которое должно держать систему и влиять на ее динамику. В новых работах наблюдения для группы Центавра A и группы M81 удалось объяснить без такого добавочного компонента. Авторы не утверждают, что темной материи не существует вообще, но показывают: по крайней мере для этих двух ближайших систем привычные предположения о ее роли могут быть завышены.

Теперь команда собирается перенести метод на больший космический объем. Для этого понадобятся новые наблюдения более далеких структур, в том числе данные 4MOST, четырехметрового спектроскопического телескопа, который должен собрать большой массив измерений по множеству объектов сразу. Если следующие наборы данных окажутся достаточно точными, астрономы смогут не только лучше разобраться с расширением Вселенной, но и точнее оценить, сколько темной материи действительно нужно, чтобы описать нашу часть Вселенной.