Галактика Млечный Путь может находиться внутри гигантской космической пустоты диаметром около 2 млрд световых лет. Об этом свидетельствуют барионные акустические колебания — остаточные следы звуковых волн, которые перестали распространяться спустя 380 тыс. лет после Большого взрыва, но сохранились в крупномасштабной структуре вещества во Вселенной. Эта гипотеза может объяснить расхождение между локальными и космологическими оценками скорости её расширения.

Источник изображения: Moritz Haslbauer, Zarija Lukic / Royal Astronomical Society, CC BY 4.0

Международная группа учёных под руководством космолога Индранила Баника (Indranil Banik) из Портсмутского университета (UoP) предложила возможное объяснение одного из центральных противоречий современной космологии — расхождения между двумя независимыми методами измерения скорости расширения Вселенной. Первый подход основан на наблюдениях ранней Вселенной, включая космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) и барионные акустические осцилляции (BAO).

Эти методы позволяют определить так называемое космологическое значение постоянной Хаббла, составляющее приблизительно 67,4 км/с на мегапарсек при типовой погрешности ±0,5. Второй подход опирается на наблюдения за ближними астрономическими объектами, такими как переменные звёзды цефеиды и сверхновые типа Ia (эталонные источники света, по которым астрономы точно измеряют расстояния в космосе). С его помощью получают локальное значение постоянной Хаббла порядка 73,0 км/с на мегапарсек с погрешностью около ±1. Это расхождение, известное как напряжённость Хаббла, достигает статистической значимости в 3,3 сигма, что исключает его случайный характер и требует физического объяснения.

По расчётам исследователей, объяснением этого расхождения может быть локальная пустота — регион в космосе, плотность которого примерно на 20 % ниже среднего значения. Согласно модели Баника, если наша галактика располагается близко к центру такой пустоты, то вещество под действием гравитации будет медленно перетекать в более плотные регионы Вселенной. Это приведёт к ускоренному оттоку материи из внутренней части, и, как следствие, создаст иллюзию более быстрого локального расширения. Подобная гипотеза уже предлагалась в прошлом, однако только сейчас получено количественное подтверждение её достоверности.

Барионные акустические колебания (BAO) сформировали гигантские кольцевые структуры, видимые в распределении галактик. Эти структуры служат космической «линейкой», позволяющей оценить параметры расширения Вселенной. Источник изображения: Gabriela Secara / Perimeter Institute, CC BY 4.0

Авторы исследования обратились к анализу барионных акустических колебаний — колебаний плотности, возникших в ранней Вселенной, когда она была заполнена горячей плазмой. Тогда гравитация и излучение формировали звуковые волны, распространявшиеся сквозь сжимающееся вещество. Когда Вселенная стала менее плотной, волны прекратились, но их отпечатки остались в виде гигантских сферических структур — своеобразных колец диаметром около 1 млрд световых лет. Эти кольца, называемые BAO, можно рассматривать как «застывший звук Большого взрыва».

Согласно расчётам, основанным на байесовском анализе данных о барионных акустических колебаниях за последние 20 лет, модель с локальной пустотой оказалась примерно в 100 млн раз более вероятной, чем однородная модель без пустоты, согласованная с наблюдениями космического микроволнового фона, полученными спутником Planck.

Чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу, команда планирует начать серию наблюдений объектов в окрестностях Млечного Пути. В фокусе внимания окажутся сверхновые, цефеиды и галактики, чьи характеристики позволят проверить структуру ближайшего пространства. Для этого будут задействованы данные новейших телескопов, включая Euclid и Nancy Grace Roman, запущенных в 2023 году. Эти аппараты способны проводить спектроскопические замеры с беспрецедентной точностью и уточнить параметры BAO на различных космологических масштабах. Подтверждение гипотезы о существовании локальной пустоты может стать концептуальным сдвигом в космологии XXI века.

Исследователи и студенты Массачусетского технологического института обнаружили в гало Млечного Пути три звезды, образовавшиеся примерно 12–13 миллиардов лет назад, то есть вскоре после Большого взрыва. По словам исследователей, эти самые «пожилые» из когда-либо открытых звёзд «являются частью нашего космического генеалогического древа». Их изучение может дать астрономам новые знания о развитии Вселенной и нашей галактики сразу после Большого взрыва.

Источник изображения: Denis Degioanni / unsplash.com

Профессор физики Массачусетского технологического института Анна Фребель (Anna Frebel) посвятила свою карьеру сбору и обработке данных с телескопа Магеллан-Клей обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакама. В конце 2022 года она открыла новый учебный курс «наблюдательной звёздной археологии», где студенты получают навыки, необходимые для исследования происхождения древнейших космических объектов.

Исследователей заинтересовали звёзды, спектр которых указывал на низкие количества стронция и бария. Считается, что сразу после Большого взрыва содержание этих элементов в звёздной пыли было крайне мало, поэтому такой спектр звёзд свидетельствует, что они могли образоваться в самой ранней Вселенной. После длительного изучения материалов были выбраны три звезды с чрезвычайно низким содержанием стронция, бария и железа, впервые обнаруженные в 2013 и 2014 годах.

Исследование орбитальных схем этих звёзд показало, что всё «звёздное трио» движется в направлении, противоположном остальным звёздам в гало Млечного Пути. Ретроградное движение часто является признаком того, что небесный объект не является родным для своего окружения. Такая модель движения в сочетании с характерным химическим составом привела исследователей к уверенности, что эти древние звёзды когда-то были частью ранних карликовых галактик, которые были поглощены нашей галактикой по мере роста Млечного Пути.

Космическим объектам этого класса присвоено название «малые аккреционные звёздные системы» (Small Accreted Stellar System, SASS). В статье, опубликованной во вторник в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», Фребель и её коллеги высказывают предположение, что в Млечном Пути может быть скрыта ещё 61 звезда SASS. «Эти старые звезды определённо должны быть там, учитывая то, что мы знаем о формировании галактик, — уверена Фребель. — Они являются частью нашего космического генеалогического древа. И теперь у нас есть новый способ их найти».