Почти двадцать лет Атакамский космологический телескоп (Atacama Cosmology Telescope, ACT) в Чили наблюдал за реликтовым излучением, чтобы понять, как родилась Вселенная, из чего она состоит и как дошла до нынешнего состояния. В 2022 году обсерваторию ACT официально закрыли, но ее последний пакет данных до сих пор вызывает сильный резонанс в космологическом сообществе.
Одна из недавних работ, опубликованная в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, использовала эти данные для проверки примерно тридцати так называемых расширенных моделей эволюции Вселенной, то есть альтернатив стандартной модели космологии. Такие модели пытаются объяснить эффекты, с которыми базовый сценарий не справляется, например напряжение Хаббла, то есть расхождение между разными измерениями скорости расширения Вселенной.
Авторы работы показали, что все протестированные расширенные модели не согласуются с новыми наблюдениями. В сочетании с другой статьей JCAP, которая на основе финальных данных ACT подтвердила реальность напряжения Хаббла, это только усилило космологическую загадку и оставило ученым еще больше вопросов о том, что именно разгоняет расширение Вселенной.
«Мы оценивали модели полностью независимо друг от друга, мы не пытались их "повалить", а просто честно проверяли», — рассказала космолог Эрминия Калабрезе из Кардиффского университета в заявлении для прессы. По ее словам, новые наблюдения на других масштабах и в поляризации реликтового излучения почти не оставили пространства для подобных теоретических упражнений, так что теоретическая площадка для игр заметно сократилась.
Чтобы понять, почему это так важно, нужно вспомнить, что именно называют напряжением Хаббла. Скорость расширения Вселенной, или постоянная Хаббла, измеряется двумя основными способами. В первом случае ученые изучают излучение, оставшееся после Большого взрыва, космический микроволновой фон. Во втором измеряют расстояния и скорости удаления галактик и вспышек сверхновых в окрестностях Млечного Пути. В рамках стандартной космологии оба подхода должны давать одну и ту же величину, но на практике цифры упорно не сходятся.
За последние годы исследователи предложили множество объяснений этой странности. Одни работы рассматривали нестандартные гипотезы о строении Вселенной, другие, включая анализы в рамках программы Chicago-Carnegie Hubble (CCHP), пытались показать, что напряжение Хаббла может оказаться следствием скрытых систематических ошибок и вообще не существовать. Однако последние данные ACT скорее укрепляют позицию тех, кто считает это противоречие реальным.
ACT измерил космический микроволновой фон с беспрецедентной точностью, получив детальные карты поляризации, которые дополняют температурные карты, созданные аппаратом Planck Европейского космического агентства. Для сравнения карты ACT, опубликованные в третьей статье JCAP, имеют гораздо более высокое угловое разрешение, чем карты Planck. Во многом это связано с тем, что основное зеркало ACT гораздо крупнее, его диаметр около шести метров.
Калабрезе сравнивает сопоставление данных Planck и ACT с моментом, когда снимаешь очки и протираешь стекла, после чего знакомая картинка становится заметно четче. Новые карты реликтового излучения заполняют несколько пробелов в нашем понимании космического микроволнового фона и позволяют по-новому взглянуть на детали ранней Вселенной.
«Наши результаты показывают, что значение постоянной Хаббла, полученное по данным CMB от ACT, согласуется с оценками Planck не только по температурным флуктуациям, но и по поляризации, так что само напряжение Хаббла становится еще более устойчивым», — отмечает космолог Колин Хилл из Колумбийского университета, один из авторов исследования, которое использовало данные ACT для независимого подтверждения напряжения Хаббла.
Наблюдения ACT также позволили Калабрезе и ее коллегам исключить множество расширенных моделей, придуманных именно для того, чтобы "подружить" космологические и локальные измерения постоянной Хаббла. В ход шли идеи о всплеске темной энергии в ранней Вселенной, необычном поведении темной материи и даже модификациях гравитации, но в рамках новых данных большинство таких сценариев больше не выдерживает проверки.
Парадоксально, но вычеркивание десятков красивых теорий тоже можно считать прогрессом. Если часть возможных путей явно ведет в тупик, значит, на них больше не нужно тратить силы, а можно сосредоточиться на тех направлениях, которые пока остаются жизнеспособными. Дальше космологам предстоит либо искать более тонкие модификации стандартной модели, либо признать, что где-то в нашей картине измерений по-прежнему прячется неучтенная систематика.
Жизненный цикл ACT завершен, но его финальный выпуск данных стал началом нового этапа в попытках разобраться с напряжением Хаббла. Ученые еще долгие годы будут сверять с этими картами результаты других наблюдений и шаг за шагом продвигаться к лучшему пониманию того, почему наша Вселенная расширяется именно так, как мы ее видим.