Ексклузивно Астронавтът Майкъл Лопес-Алегрия с лекция във Физическия факултет

Нов космологични модел на Вселената й дава възраст 26,7 млрд години, двойно повече от досега

Ваня Милева Последна промяна на 17 юли 2023 в 00:01 23209 0

Кредит Stocksnap/Pixabay

Общоприето е, че Вселената е на 13,8 милиарда години, възраст, основана на многобройни наблюдения, включително от европейския спътник "Планк".

Но наскоро един астроном прави нова оценка, базирана на така наречения „проблем на невъзможните ранни галактики“, и резултатът е изненадващ: Вселената може да е на 26,7 милиарда години, почти два пъти по-стара от текущата оценка.

Дълго време учените са изчислявали възрастта на Вселената, измервайки времето от хипотетичния първоначален Голям взрив и проследявайки най-старите галактики, които успяват да намерят. Най-точната досега стойност на възрастта на Вселената  е измерена през 2021 година на базата на космическия микровълнова фон (CMB), излъчването, което е останало 380 000 години след Големия взрив. Тази оценка е в съответствие със стандартния космологичен модел Lambda-CDM и гласи, че възрастта на Вселената е 13.797 милиарда години.

Много експериментални наблюдения обаче поставят под съмнение този резултат. Първо, има звезди, които изглеждат по-стари от цялата вселена (такъв пример е Матусал, която изглежда е на 14,5 милиарда години).

Сега космическият телескоп "Джеймс Уеб" откри галактики, които са се образували и развили само 3 до 400 милиона години след Големия взрив и чиито размери и маси са напълно в противоречие с прогнозите, позволени от настоящите модели.

Шест масивни галактики, които вече са съществували 500-800 милиона години след Големия взрив. В една от тях, долната вляво, вероятно има толкова звезди, колкото в Млечния път днес, само че е 30 пъти по-плътна. Кредит: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology). Image processing: G. Brammer (Niels Bohr Institute’s Cosmic Dawn Center at the University of Copenhagen

Те са наречени "невъзможни галактики" - ранни обекти, които все още са необясними. Но скорошно проучване на професор Раджендра Гупта (Rajendra Gupta) от Университета на Отава може да даде обяснение за това. Като взема предвид тези силни несъответствия и някои космологични параметри, Гупта изгражда нов модел, според който възрастта на Вселената е 26,7 милиарда години, което е два пъти повече от съвременната оценка.

Теорията за "уморената светлина"

Известно е, че далечните галактики, както всички други далечни космически обекти, са подложени на феномена на червено отместване на дължини на вълните, наречено червено отместване. Причинява се от разширяването на Вселената и води до истинско разтягане на излъчването, идващо от дълбокия космос, като че ли светлината се „разтяга“ все повече и повече, колкото по-надалеч гледаме.

Червено отместване

Астрономите определят разстоянието до обектите във Вселената чрез тяхното "червено отместване". По същество това е измерване на това как разширяването на Вселената е разтеглило дължината на вълната на светлината, идваща от отдалечени обекти.

По принцип това е подобно на ефекта на Доплер, който чувате, когато минава линейка. Когато линейката се отдалечава, сирената понижава височината на тона си.

В астрономията по-големите червени премествания означават, че даден обект е по-далеч, тъй като това означава, че дължината на вълната на светлината се е разтегнала повече от разширяването на Вселената.

Като алтернативно обяснение на тази връзка между червеното отместване и разстоянието пространство-време, астрономът, роден в България, Фриц Цвики предлага космологична теория през 1929 г., наречена теория на уморената светлина. Според тази теория фотоните на светлината, пътуващи на дълги разстояния в статична вселена, постепенно губят енергия. Това се случва или поради взаимодействие с материя или други фотони, или поради някакъв все още неизвестен физически механизъм. И тъй като намаляването на енергията съответства на увеличаване на дължината на вълната на светлината, този ефект води до червено отместване на линиите на електромагнитния спектър на отдалечени източници, което се увеличава пропорционално на разстоянието до източника.

Според теорията на уморената светлина, в статична плоска вселена, количеството на фотоните в секунда, получени от обект, намалява пропорционално на квадрата на разстоянието до него, както и видимата площ на обекта, така че броят на фотоните, получени от повърхността за единица време, ще бъде постоянен, независимо от разстоянието, дори ако яркостта на повърхността е намалена поради червено отместване на уморената светлина. В една разширяваща се вселена обаче има два ефекта, които променят тази връзка. Първо, скоростта, с която се получават фотоните, е намалена, защото всеки фотон трябва да пътува малко по-далеч от предишния. Второ, енергията на всеки наблюдаван фотон се намалява от червеното отместване. По същото време, далечните обекти изглеждат по-големи, отколкото са в действителност, защото наблюдаваните фотони са били излъчени в момент, когато обектът е бил по-близо. Кредит: Wikimedia Commons 

Но ако за отделния фотон уморената светлина е неразличима от хипотезата за разширяването на Вселената, то тогава теорията на Цвики предвижда различни механизми в зависимост от контекста. А последиците от нея противоречат на наблюденията, например наличието на космическо микровълново фоново (CMB) лъчение, определено като „ехото на Големия взрив“.

Поради тази причина повечето физици и астрономи са съгласни със заключенията на различни изследвания, че теорията за уморената светлина не обяснява или не може да обясни червените отмествания, измерени чрез наблюдения.

Кредит: Samuel Velasco/Quanta Magazine; source: NASA

Моделът на променливите константи на взаимодействията

Гупта разглежда теорията на Цвики и наблюденията на "Джеймс Уеб" в дълбокия космос. Моделите, използващи уморена светлина, наистина се съгласуват с данните на "Джеймс Уеб". Те обаче все още не са в съответствие с много други наблюдения.

Така Гупта излага хипотезата на Пол Дирак за еволюцията на важните константи на взаимодействията. Това са фундаментални физически константи, които определят силата или интензивността на взаимодействията между частиците или полетата. Според Дирак тези константи могат да се променят с времето. Гупта установява, че позволявайки на тези константи да еволюират, което ги прави, ковариантни, е възможно да се увеличи периодът на формиране на първите галактики, наблюдавани от "Джеймс Уеб" при високи червени отмествания от няколкостотин милиона години до няколко милиарда години.

В резултат на това Гупта предполага, че вероятната възраст на Вселената е 26,7 милиарда години, което е около два пъти повече от съвременните оценки.

Това е възрастта, която дава на масивните галактики достатъчно време да се формират. Това дава (най-накрая) обяснение за „невъзможните“ галактики, открити от "Джеймс Уеб". 

Слабост на подхода на Гупта е и това, че е изключително трудно, ако не и невъзможно, да бъде тестван. Ако приемем, че физическите константи в ранната Вселена са се променяли, можем да обясним почти всяко наблюдение от нея. Но не можем да потвърдим дали те са се променяли по описания начин, тъй като експерименти в ранната Вселена не са налични. Следователно хипотезата на Гупта е слабо проверима, което я поставя на границата на ненаучността.

Хъбъл eXtreme Deep Field (XDF) съчетава наблюденията на Хъбъл, проведени в продължение на цяло десетилетие на малък участък от небето в съзвездието Форнакс. Кредит: NASA/ESA/G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (UCSC)/R. Bouwens (Leiden University)/HUDF09 Team

Алтернативни възгледи

Съществуват и други опити да се обясни съществуването на много зрели галактики в много ранната Вселена - само въз основа на теорията на относителността и без да се включват екзотични хипотези като "уморена светлина" или променящи се във времето физични константи на взаимодействията. Според привържениците на тази гледна точка нашата Вселена е циклична, като претърпява свиване, последвано от разширяване.

В този случай от един цикъл на Вселената до друг преминава значителна популация от "реликтови" черни дупки, служещи като "семена" за бързото образуване на галактики и същото бързо начало на звездообразуването в тях. Според тази хипотеза възрастта на Вселената също надхвърля 13,8 милиарда години, но не два пъти, а огромен брой пъти.

Справка: R Gupta. JWST early Universe observations and ΛCDM cosmology. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stad2032, DOI: 10.1093/mnras/stad2032

Източник: Reinventing cosmology: New research puts age of universe at 26.7 -- not 13.7 -- billion years, University of Ottawa

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !