Новые наблюдения телескопа Уэбба бросают вызов нашему пониманию Большого взрыва

Хорошо, так что давайте начните с очевидного. Большой взрыв не умер. Недавние наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба не опровергли теорию Большого взрыва, несмотря на некоторые популярные статьи, утверждающие обратное. Если это все, что вам нужно услышать, то хорошего дня. Тем не менее, последние наблюдения Уэбба действительно раскрывают некоторые странные и неожиданные вещи о Вселенной, и если вы хотите узнать больше, продолжайте читать.

Начнем со слухов. Что насчет новых данных Уэбба, которые предполагают, что Большой взрыв неверен? Такие же данные Хаббл дал нам много лет назад. Мы обычно думаем о доказательствах Большого взрыва, основанных на двух фактах: во-первых, что более далекие галактики имеют большее красное смещение, чем более близкие; и во-вторых, что Вселенная заполнена космическим фоном микроволнового излучения.

Первая предполагает, что Вселенная расширяется во всех направлениях, а вторая предполагает, что когда-то она была в очень горячем и плотном состоянии. Это два из трех столпов данных, подтверждающих теорию Большого взрыва, а третий — относительное изобилие элементов в ранней Вселенной.

Но эти наблюдения — лишь основа модели большого взрыва. Мы уже давно расширили их, чтобы создать стандартную модель космологии, также известную как модель LCDM. Это вселенная, которая началась с большого взрыва и наполнена материей, темной материей и темной энергией. Все, от ускорения космического расширения до скопления галактик, поддерживает эту стандартную модель. А стандартная модель делает прогнозы относительно других наблюдательных тестов, так что мы можем дополнительно доказать ее достоверность. Вот тут-то и вступают в игру последние заявления о «большом бюсте».

JWST может видеть гораздо глубже, чем Хаббл. НАСА, ЕКА, Лия Хустак (STScI)

Один из этих вторичных тестов известен как тест поверхностной яркости Толмена. Впервые он был предложен в 1930-х годах Ричардом К. Толменом и сравнил видимую яркость галактики с ее видимым размером. Отношение яркости к размеру называется поверхностной яркостью.

Как правило, чем больше галактика, тем ярче она должна быть, поэтому поверхностная яркость каждой галактики должна быть примерно одинаковой. Более далекие галактики казались бы более тусклыми, но они также имели бы меньший видимый размер, так что поверхностная яркость осталась бы прежней. Тест Толмена предсказывает, что в статической, не расширяющейся Вселенной поверхностная яркость всех галактик должна быть примерно одинаковой, независимо от расстояния.

Это не то, что мы видим. Мы наблюдаем, что более далекие галактики имеют более тусклую поверхностную яркость, чем более близкие. Величина затемнения пропорциональна величине красного смещения галактики. Вы можете подумать, что это доказывает, что все эти далекие галактики стремительно удаляются от нас, но на самом деле это не так. Если бы эти далекие галактики ускорялись, у вас было бы два эффекта затемнения. Красное смещение и постоянно увеличивающееся расстояние. Тест Толмена предсказывает, что в простой расширяющейся Вселенной поверхностная яркость галактик должна уменьшаться пропорционально как красному смещению, так и красному смещению. а также расстояние. Мы видим только эффекты красного смещения.

Этот факт привел некоторых к предположению о статической Вселенной, в которой свет самопроизвольно теряет энергию с течением времени. Это так называемая гипотеза усталого света, и она очень популярна среди противников Большого взрыва. Если Вселенная статична, а свет устал, то тест Толмена точно предсказывает то, что мы наблюдаем. Следовательно, не большой взрыв.

Еще в 2014 году Эрик Лернер и соавт. опубликовал статью, в которой говорится именно об этом. Это вызвало шквал «Big Bang Dead!» статьи в популярных СМИ. Последние заявления о том, что Уэбб убил Большой взрыв, начались с популярной статьи того же Эрика Лернера. Итак, мы здесь. Справедливости ради, еще в 2014 году наблюдения Хаббла подтвердили утверждение Лернера, как и последние наблюдения Уэбба. Но что Лернер удобно опустил в своей статье, так это то, что наблюдения Хаббла и Уэбба также поддержка модели LCDM.

Это распространенное заблуждение, что красное смещение доказывает, что галактики удаляются от нас на большой скорости. Это не так. Далекие галактики не мчатся сквозь пространство. Само пространство расширяется, увеличивая расстояние между нами. Это небольшая разница, но она означает, что галактическое красное смещение вызвано космическим расширением, а не относительным движением. Это также означает, что далекие галактики кажутся немного больше, чем в статической Вселенной. Они далеки и крошечны, но расширение пространства создает иллюзию, что они больше. В результате поверхностная яркость далеких галактик тускнеет только пропорционально красному смещению.

Космическое красное смещение не вызвано эффектом Доплера. Кредит:

Конечно, мы знаем, что усталый свет — это неправильно из-за космического микроволнового фона. Статическая вселенная с усталым светом не имела бы остаточного тепла от первичного огненного шара. Не говоря уже о том, что далекие галактики будут казаться размытыми (на самом деле это не так), а далекие сверхновые не будут растягиваться во времени из-за космического расширения (а это так). Единственная модель, которая поддерживает все доказательства, — это Большой взрыв. Аргумент Лернера — старый, давно опровергнутый.

Тем не менее, космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил несколько необычных вещей. Что наиболее важно, он обнаружил больше галактик и более далеких галактик, чем должно быть, и это может привести к некоторым революционным изменениям в нашей стандартной модели.

Наше нынешнее понимание состоит в том, что после Большого взрыва Вселенная прошла через период, известный как темные века. В этот период первый свет космоса угас, а первые звезды и галактики еще не сформировались. Уэбб настолько чувствителен, что может видеть некоторые из самых молодых галактик, которые сформировались сразу после темных веков. Мы ожидаем, что эти молодые галактики будут менее многочисленны и менее развиты, чем более поздние галактики. Но наблюдения Уэбба обнаружили очень молодые галактики с очень красным смещением, которые одновременно являются обычными и удивительно зрелыми.

Это такие загадочные и неожиданные данные, на которые надеялись астрономы. Вот почему мы в первую очередь хотели построить телескоп Уэбба. И это говорит нам о том, что, хотя модель большого взрыва не является ошибочной, некоторые из наших предположений о ней могут быть ошибочными.

Эта статья была первоначально опубликована на Вселенная сегодня Брайан Коберлейн. Читайте оригинальную статью здесь.

Leave a Comment