Новые измерения могут разрушить стандартную теорию космоса, царившую 21 год — с момента открытия тёмной энергии.
В 1998 году две команды космологов пришли к выводу, что десятки далёких сверхновых звёзд, за которыми они наблюдали, удаляются от Земли всё быстрее и быстрее. Это означает, что — вопреки ожиданиям — расширение Вселенной ускоряется, и, следовательно, её пространство более чем на две трети должна заполнять толкающая «тёмная энергия». За это открытие глава Космологического проекта исследования сверхновых (Supernova Cosmology Project) Сол Перлмуттер (Saul Perlmutter) и лидеры Команды поиска сверхновых на больших красных смещениях (High-Z Supernova Search Team) Брайан Шмидт (Brian Schmidt) и Адам Рисс (Adam Guy Riess) получили Нобелевскую премию по физике 2011 года.
Перенесёмся в июль нынешнего года.
Три недели назад утром в понедельник многие ведущие космологи мира собрались в Санта-Барбаре, Калифорния, чтобы обсудить пути выхода из весьма щекотливой ситуации. Адам Рисс, которому сейчас 49 лет, вышел к доске семинарской аудитории, чтобы выступить перед собравшимися со вступительной речью. Рисс, человек-бульдог в клетчатой рубашке с короткими рукавами, изложил добытые им самим и другими космологами факты, говорящие о том, что в настоящее время Вселенная расширяется очень быстро — быстрее, чем получается при экстраполяции теоретического описания ранней Вселенной на её нынешнее состояние. «Если поздняя Вселенная не соответствует ранней, нам следует задуматься о создании новой физики», — заявил он.
На карту поставлена судьба стандартной теории космоса, воцарившейся в космологии после открытия тёмной энергии. Эта теория, которую называют ΛCDM, охватывая всю видимую материю и энергию Вселенной, а также тёмную энергию, представленную в названии греческой буквой Λ («лямбда»), и холодную тёмную материю (cold dark matter, CDM), объясняет их развитие в соответствии с теорией гравитации Альберта Эйнштейна. ΛCDM прекрасно описывает характерные свойства ранней Вселенной — паттерны, ярче всего проявляющие себя в реликтовых микроволнах, приходящих из того критического момента развития космоса, когда ему было всего лишь 380 000 лет. С тех пор, как в 2013 году была создана первая карта этого «космического микроволнового фона» по данным космического телескопа «Планк», учёные смогли точно построить шкалу расстояний в ранней Вселенной и, используя ΛCDM для быстрой перемотки с отметки «380 000 лет» до отметки «настоящее время», получить текущую скорость космического расширения, известную как постоянная Хаббла, или H0.
По расчётам команды обсерватории «Планк» выходит, что Вселенная должна расширяться со скоростью 67,4 километра в секунду на мегапарсек. Другими словами, глядя всё дальше в пространство, вы должны видеть его уменьшающимся всё быстрее со скоростью 67,4 километра в секунду на каждый мегапарсек. Такая же картина при надувании воздушного шарика: расстояние между двумя метками на его поверхности растёт тем быстрее, чем дальше эти метки друг от друга. Измерение характерного свойства ранней Вселенной под названием «барионные акустические колебания» дало точно такой же результат, какой получила команда «Планка»: H0 = 67,4. Тем не менее, Рисс и члены его группы, наблюдая за реальной Вселенной в течение шести лет, пришли к выводу, что данные расчёты ущербны.
В то июльское утро в семинарской аудитории, из которой местами был виден Тихий океан, в глазах Адама Рисса, похоже, маячила вторая Нобелевская премия. Ни один из сотни собравшихся здесь специалистов, — а на конференцию были приглашены представители всех крупных космологических проектов, теоретики и другие учёные, занимающиеся вопросами космологии, — никто не мог отрицать, что в минувшую пятницу шансы Рисса на успех значительно выросли.
Накануне конференции команда космологов, именующая себя H0LiCOW, опубликовала свой новый расчёт скорости расширения Вселенной. С помощью света шести далёких квазаров H0LiCOW получила для H0 73,3 километра в секунду на мегапарсек, что существенно выше результата, полученного командой «Планка». Но важнее было другое: насколько близки числа для H0 команды H0LiCOW и команды SH0ES во главе с Риссом. SH0ES измеряет космическое расширение, используя «лестницу космических расстояний» — ступенчатый метод определения дальности. Последнее измерение, выполненное SH0ES в марте, дало для H0 число 74,0, что не выходит за рамки погрешности по отношению к результату, полученному командой H0LiCOW.
«Моё сердце трепетало», — поведал мне Рисс о том, какое впечатление произвёл на него результат измерений H0LiCOW, опубликованный за две недели до Санта-Барбары.
Шесть лет команда SH0ES утверждала, что обнаружила несоответствие теоретической картины ранней Вселенной современным эмпирическим данным. И вот объединённые измерения SH0ES и H0LiCOW перешли статистический порог, известный как «пять сигм», а это означает открытие новой физики. Если реальное численное значение постоянной Хаббла не 67, а 73 или 74, то получается, что ΛCDM не учитывает некий фактор, ускоряющий космическое расширение, и, добавив этот ингредиент к уже известному сочетанию вещества и энергии, можно выйти на более глубокое теоретическое описание космоса по сравнению с той космологической картиной, которая создана в рамках ΛCDM.
В своей вступительной речи Рисс подчеркнул принципиальное значение различия между числами 67 и 73: «Эту разницу, по-видимому, нельзя не учитывать».
«У нас это называется «напряжением, которое создаёт постоянная Хаббла», — добавил он, — но не пришло ли время назвать это проблемой?»
Вопрос Рисса был адресован нобелевскому лауреату Дэвиду Гроссу (David Gross), исследователю элементарных частиц и бывшему директору Института теоретической физики имени Кавли (Kavli Institute for Theoretical Physics, KITP), на территории которого проходила конференция.
«Это следует называть не напряжением или проблемой, а кризисом, — ответил Гросс.
«А раз так, то мы оказались в критическом состоянии».
Для теоретиков, исследующих космос, кризис — это шанс сделать важное открытие. После Рисса выступил Ллойд Нокс (Lloyd Knox), член команды «Планка». «Возможно, — сказал он, — что напряжение, создаваемое постоянной Хаббла, — это впечатляющий крах ΛCDM, которого мы все или многие из нас ждали и на который надеялись».
Бессмыслица постоянной Хаббла
Когда запланированные на этот день выступления закончились, немало участников конференции, чтобы добраться до отеля, набилось в автобус. Он повёз нас по дороге, вдоль которой росли пальмы. Справа был вид на океан, слева — на маячившие вдали горы Санта-Инес. Венди Фридман (Wendy Freedman), ветеран измерения постоянной Хаббла, получившая за эту работу ряд наград, сидела во втором ряду. Худая, тихая женщина 62 лет, Фридман возглавляла команду, которая в 2001 году впервые измерила H0 с точностью ±10%. Полученный тогда результат — 72.
Водитель автобуса, молодой бородач-калифорниец, узнав о Hubble trouble (о расхождении, возникшем при измерении постоянной Хаббла), предложил называть эту трудность не напряжением, проблемой или кризисом, а бессмыслицей (surd): бессмыслицей постоянной Хаббла.
Хотя данное расхождение стало очевидным, Фридман, однако, выглядела гораздо менее возбуждённой, чем большинство участников конференции, и не спешила признать возникшую ситуацию критической. «Нам предстоит ещё много работы», — тихо сказала она, еле произнося слова.
Используя метод лестницы космических расстояний, Фридман потратила десятилетия на то, чтобы улучшить измерение H0. В течение долгого времени она калибровала ступени своей лестницы, используя как «стандартные свечи» цефеиды — те же пульсирующие звезды известной яркости, какие с той же целью использует и SH0ES. Однако неизвестные источники ошибок постоянно держат её в напряжении. «Она знает, где шкаф со скелетами», — сказал муж Фридман и её ближайший помощник Барри Мадор (Barry Madore), мужчина с седыми бакенбардами, сидевший впереди рядом с водителем.
По словам Фридман, несколько лет назад она и Мадор в рамках созданной ими Программы измерения постоянной Хаббла института Карнеги и Чикагского университета (Carnegie-Chicago Hubble Program, CCHP) решили использовать звёзды «вершины ветви красных гигантов» (tip of the red giant branch, TRGB) для калибровки новой лестницы космических расстояний. TRGB — это этап эволюции звёзд, подобных нашему солнцу, который ненадолго наступает в конце их жизни. Распухшие и красные, они, становясь всё ярче и ярче, достигают, наконец, характерной для них максимальной яркости, создаваемой внезапным воспламенением гелия в их ядрах. В 1993 году Фридман, Мадор и Ли Мён Гён (Myung Gyoon Lee) первыми указали на то, что достигшие пика яркости красные гиганты могут играть роль стандартных свечей. И вот Венди Фридман заставила эти звёзды работать на космологию. Приехав к отелю, мы вышли из автобуса, и я спросила её, когда состоится её выступление. «Мой доклад завтра, второй после ланча», — ответила она.
«Не пропусти», — сказал мне Мадор с задорным блеском в глазах, перед тем как мы расстались.
Оказавшись в своём номере отеля, я заглянула в «Твиттер» и обнаружила, что всё изменилось. Группа космологов во главе с Фридман и Мадором только что опубликовала научную статью. Используя звёзды вершины ветви красных гигантов, команда CCHP измерила постоянную Хаббла и получила значение 69,8. Это число существенно меньше, чем 74,0 команды SH0ES, использовавшей цефеиды, и 73,3 команды H0LiCOW, использовавшей квазары, и от него больше, чем полпути, до 67,4 команды «Планка». «На данном этапе нашей дискуссии в неё решила вмешаться Вселенная, не так ли?» — твитнул один из астрофизиков. Бессмыслица нарастала.
От Дэна Сколника (Dan Scolnic), молодого очкарика из команды SH0ES, которая базируется в Университете Дьюка (Duke University), я узнала, что он, Рисс и два других члена команды собрались вместе, «пытаясь понять содержание этой научной статьи». «Потом, — поведал мне Сколник, — Адам и я пошли ужинать, и мы были весьма озадачены, ибо цефеиды и звёзды TRGB во всех известных нам более ранних публикациях давали результаты с высоким уровнем корреляции».
Вскоре они нашли ключ к разгадке: при изучении текста статьи их внимание привлекло то, что на первой ступени лестницы космических расстояний команда CCHP применила новый способ измерения воздействия пыли при калибровке свойственной звёздам TRGB яркости. «У нас возникла масса вопросов по отношению к этому новому методу», — сказал Сколник. Как и другие участники конференции, распределённые по всему отелю Best Western Plus, Рисс и члены его команды жаждали услышать, что скажет Фридман, и потому с нетерпением ждали следующего дня. «Завтра будет интересно», — твитнул Сколник.
Построить лестницу расстояний
Напряжённость, проблема, кризис, бессмыслица — вот с чем ассоциировалась постоянная Хаббла на протяжении 90 лет, с тех пор как американский астроном Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) показал на диаграммах космических расстояний и скоростей удаления галактик, что космическое пространство и всё, что в нём находится, удаляются от нас (впрочем, сам Хаббл не признавал справедливость этого утверждения). Расширение космоса, одно из величайших космологических открытий всех времён, подразумевает конечность существования Вселенной.
Отношение скорости удаления космического объекта к расстоянию до него даёт постоянную Хаббла. Но если скорость удаления звезды или галактики рассчитать легко, — достаточно измерить доплеровское смещение частоты идущего к нам сигнала, подобное изменению тона сирены уезжающей кареты скорой помощи, — то расстояние до этой точки, светящейся в ночном небе, определить гораздо труднее.
В 1908 году Генриетта Суон Ливитт (Henrietta Swan Leavitt), человек-компьютер из обсерватории Гарвардского колледжа, обнаружила, что звёзды-цефеиды пульсируют с частотой, пропорциональной их светимости. Большие, яркие цефеиды пульсируют медленнее, чем маленькие, тусклые (точь-в-точь как в случае с аккордеоном: чем больше инструмент, тем труднее сжимать-разжимать его мех). А раз так, то по пульсации далёкой цефеиды можно рассчитать, какова её действительная яркость. Сравнение полученного результата с тем, насколько тусклой выглядит звезда, позволяет определить, какое до неё расстояние — а также расстояние до галактики, в которой она находится.
В 20-х годах ХХ века Хаббл с помощью цефеид и закона Ливитт исследовал туманность Андромеды и другие «спиральные туманности» (как их тогда называли). Вывод оказался таким: эти туманности — автономные галактики, находящиеся далеко за пределами нашего Млечного пути. Так впервые удалось продемонстрировать, что Млечный Путь — это не вся Вселенная, что Вселенная, на самом деле, необозримо велика. Затем Хаббл применил цефеиды для определения расстояний до близлежащих галактик, в результате чего по графикам скоростей их удаления был установлен факт расширения космического пространства.
У Хаббла скорость этого расширения получилась слишком большой: 500 километров в секунду на мегапарсек, но впоследствии космологи, используя цефеиды для калибровки всё более точных лестниц космических расстояний, получили значительно меньшее число. Начиная с 70-х годов ХХ века выдающийся астроном-космолог и протеже Хаббла Аллан Сэндидж (Allan Sandage) взялся утверждать, что H0 равняется примерно 50. Его конкуренты, опираясь на различные астрономические наблюдения, выставляли вдвое большее значение — примерно 100. В начале 80-х годов дискуссия на тему «50 или 100» была такой яростной, что представители обеих сторон не стеснялись язвительно высмеивать друг друга. Именно в это бурное время молодая канадка Фридман, работавшая как постдок там же, где и Сэндидж, — в Обсерваториях Института Карнеги (Carnegie Observatories) в Пасадене, Калифорния, — приступила к улучшению космических лестниц.
Чтобы построить лестницу расстояний, начинают с калибровки расстояния до звёзд известной светимости, таких как цефеиды. Они играют роль стандартных свечей и используются для калибровки расстояний до более слабых цефеид в далёких галактиках. Так становятся известными расстояния до «сверхновых типа 1a» в этих же галактиках — до предсказуемых вспышек, которые тоже служат в качестве стандартных свечей. Сверхновые — довольно редкое явление, но зато они гораздо ярче, чем цефеиды. Затем эти сверхновые используются для калибровки расстояний до сотен более далёких сверхновых в галактиках, которые свободно движутся, увлекаемые «потоком Хаббла» — течением расширяющегося космического пространства. Это и есть те сверхновые, отношение скорости удаления которых к расстоянию до них позволяет с большой точностью определить H0.
Но тут возникают проблемы. Хотя, как считают учёные, по тусклости стандартной свечи можно судить о её удалённости от нас, на яркость звёзд влияет и пыль, заставляя думать, что они дальше, чем на самом деле. Напротив, звёзды кажутся ярче и, следовательно, ближе, если их окружают другие звёзды. Кроме того, даже у звёзд, которые, с точки зрения науки, представляют собой надёжные стандартные свечи, есть индивидуальные особенности, связанные с их возрастом и металличностью, а раз так, то надо вводить соответствующие поправки. Фридман разработала ряд методов, позволяющих эффективно бороться со многими источниками систематических ошибок. Когда она, измеряя H0, стала получать более высокие числа, чем то, которое установил Сэндидж, их отношения серьёзно испортились. «Для него я была зелёной выскочкой», — сказала Фридман, беседуя со мной в 2017 году. Тем не менее, в 90-х годах ХХ века ей удалось возглавить проект по созданию и запуску на околоземную орбиту космического телескопа «Хаббл». Реализация этой миссии сделала возможным измерение расстояний до цефеид и сверхновых с гораздо большей точностью, чем прежде. В 2001 году команда Фридман, объявив, что H0 равняется 72, оказалась примерно посередине между противоборствующими сторонами в дискуссии «50 или 100».
Два года спустя Фридман назначили директором Обсерваторий Карнеги, и Сэндидж превратился в её подчинённого. Она проявляла учтивость, и он оттаял. Но, по её словам, «он до самого последнего дня считал, что у постоянной Хаббла должно быть очень низкое значение».
Спустя несколько лет после того, как Фридман получила число 72 с точностью ±10%, в борьбу за улучшение лестницы космических расстояний вступил Адам Рисс, профессор Университета Джонса Хопкинса. Он твёрдо решил свести погрешность при измерении H0 к 1%, чтобы лучше понять, что такое открытая им (вместе с Перлмуттером и Шмидтом) тёмная энергия. С тех пор его команда SH0ES постоянно укрепляла ступени лестницы — особенно первую и самую важную: ступень калибровки. Рисс высказался об этом так: «Стоит научиться определять расстояния — и жить становится легче: остаётся измерять соотношения». В настоящее время SH0ES использует пять независимых способов определения расстояний до цефеид, используемых в качестве калибраторов. «Уровень корреляции довольно высок, и это вселяет в нас уверенность», — заявил он. В 2009 году, собирая данные и улучшая анализ, команде Рисса удалось снизить погрешность при измерении H0 до 5%. В последующие годы погрешность довели до 3,3%, потом до 2,4%, и, наконец, в марте нынешнего года дошли до 1,9% .
Между тем, начиная с 2013 года, всё более точные итерации команды «Планка» при создании карты космического микроволнового фона позволили ей экстраполировать полученные данные на определение с небывалой точностью значения H0. Согласно анализу 2018 года, проведённому этой командой, H0 равняется 67,4 с точностью ±1%. Поскольку разница между результатами команд «Планка» и SH0ES составила более чем «четыре сигмы», возникла острая необходимость в проведении независимых измерений.
Томмазо Треу (Tommaso Treu), один из основателей команды H0LiCOW и профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles), ещё на студенческой скамье в Пизе мечтал об измерении постоянной Хаббла с помощью космографии, использующей задержки во времени, (time-delay cosmography) — метода, который позволяет определять космические расстояния, не проходя ступени космологической лестницы. Вместо ступенчатого продвижения вы напрямую измеряете расстояние до квазара — мерцающего, сияющего центра далёкой галактики — путём тщательного измерения при появлении различных его образов задержки во времени, возникающей из-за того, что его свет огибает некий промежуточный сгусток материи.
Но пока Треу и его коллеги занимались сбором и анализом данных о квазарах, Фридман, Мадор, их аспиранты и постдоки разворачивали свои исследования в сторону звёзд вершины ветви красных гигантов. Если цефеиды молоды и, чтобы их обнаружить, нужно рыскать по пыльным, густонаселённым галактическим центрам, то звёзды TRGB старые и их местонахождение — чистые окраинные зоны галактик. Используя космический телескоп «Хаббл», чтобы наблюдать звёзды TRGB в 15 галактиках, где имеются и сверхновые типа 1a, команда CCHP Венди Фридман смогла раздвинуть свою лестницу до сверхновых звёзд в потоке Хаббла, измерить H0 и получить ещё одно число в дополнение к 67,4 команды «Планка» и 74,0 команды SH0ES.
«На каком-то уровне, мне кажется, у тебя обязательно свербит: «Послушай, ты не можешь не прийти к какому-то из имеющихся результатов», верно? — сказала мне Фридман. — И вот ты как бы… очутилась в середине. И — «О! Это интересно. Окей». Вот к этому мы и пришли».
Застряли в середине
Утром после того вечера, когда была опубликована статья Фридман, моим соседом в автобусе оказался теоретик по имени Фрэнсис-Ян Кир-Расин (Francis-Yan Cyr-Racine) из Университета Нью-Мексико (University of New Mexico). В этом году, ещё до конференции, он, Лиза Рэндалл (Lisa Randall) из Гарвардского университета (Harvard University) и ряд других исследователей предложили свой вариант устранения напряжения, создаваемого постоянной Хаббла. По их мнению, расширение космического пространства могло получить ускорение благодаря появившемуся в ранней Вселенной недолговечному полю толкающей энергии. Эту идею, как и другие попытки привести теоретические расчёты в соответствие с данными наблюдений и тем самым устранить космологическое напряжение, большинство специалистов оценило как надуманную.
Когда я упомянула о статье Фридман, Кир-Расин проявил невозмутимость. «Вероятно, правильное число — 70», — сказал он про H0. То есть, по его мнению, в конечном итоге среднее из полученных ныне значений постоянной Хаббла позволит согласовать теорию ранней Вселенной с данными наблюдений, и окажется, что ΛCDM вполне жизнеспособна. (Позже Кир-Расин заявил, что он высказался полушутя).
В семинарской аудитории Барри Мадор, сев рядом со мной и другим репортёром, спросил: «Ну, как вы думаете, к чему всё это клонится?» Очевидно, к середине. «Вы знаете эту песню — „Мы застряли в середине“ (Stuck in the middle with you)? — спросил он. — Вы слышали её? „Слева клоуны от нас, справа шутники. Здесь мы застряли в середине“».
Ещё один кручёный мяч прилетел перед ланчем. Марк Рейд (Mark Reid) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) представил новые расчёты, выполненные им в предыдущие недели. Речь шла о четырёх мазерах — лазероподобных галактических генераторах микроволновой энергии. Используя их для определения расстояний, удалось получить значение H0, равное 74,8 плюс-минус 3,1. Адам Рисс сфотографировал слайд Рейда с данным результатом, а Сколник твитнул: «Для этой недели перебор. Иди домой, H
Во время полуденного перерыва я побеседовала с Риссом. Новые измерения, по-видимому, ошеломили его. В течение нескольких лет, посетовал Рисс, он и его коллеги из SH0ES «подставляли шею», заявляя о несоответствии их значения постоянной Хаббла значению, которое получила команда «Планка». «В то время все охали: это напряжение, это несоответствие, и, как вы знаете, нам пришлось ох как несладко», — сказал он. Но потом всего за две недели появились три новых числа, требующие анализа, и его «чувство полного одиночества» рассеялось. В целом, заявил Рисс, «напряжение нарастает, ибо, как вы знаете, никаких чисел, которые ниже числа команды «Планка», никто не выставляет». Если всё было ошибкой, почему ни одна команда не получила скорость расширения 62 или 65?
Что касается числа 69,8 и метода, разработанного Фридман, то у Рисса возникли вопросы относительно калибровки с помощью TRGB в Большом Магеллановом Облаке первой ступени её лестницы расстояний. «В данном случае Большое Магелланово Облако — именно облако, а не галактика. Это пыльное аморфное образование, — сказал Рисс. — И тут много пищи для иронии. Они ведь обратились к звёздам TRGB, чтобы уйти от пыли, но эти звёзды нужно откалибровать, то есть нужно выбрать несколько звёзд TRGB там, где, как они говорят, уже удалось измерить расстояние другим методом. И они не нашли лучшего места, чем Большое Магелланово Облако».
Через час Венди Фридман, выйдя к доске с безмятежным видом, в юбке с цветочками, сделала свой доклад. «Положив все яйца в корзину с цефеидами, нам никогда не распутать неизвестные неизвестности», — заявила она.
Она объяснила, что её команда использовала звёзды TRGB Большого Магелланового Облака в качестве калибраторов в силу того, что расстояние до него очень точно измерено несколькими способами. При этом был разработан и применён новый метод коррекции влияния пыли на яркость звёзд TRGB — метод, при создании которого задействовано изменение их яркости как функции цвета. Фридман отметила, что спаренная со сверхновой звезда TRGB на второй ступени её лестницы расстояний даёт меньший разброс значений, чем спаренная со сверхновой цефеида, применявшаяся в расчётах Рисса. Следовательно, ей удалось достигнуть большей точности при измерении расстояний.
В ходе обсуждения её доклада Фридман подчеркнула, что всё ещё необходимо совершенствовать измерения, чтобы исключить систематические ошибки. «Я думаю, что это и есть то, к чему мы пришли, — сказала она. — Это не более чем реальность».
Далее дискуссия перешла в спарринг между Фридман и Риссом. «Венди, для ответа на твой вопрос, — сказал Рисс, хотя Фридман не задавала никаких вопросов, — было представлено целых пять результатов, полученных независимо друг от друга. Если хочешь к чему-то прийти, надо к этому прийти».
Комната, где это происходит (The Room Where It Happens)
Сколник, учёный из команды SH0ES и сотрудник Рисса, предложил мне выйти на улицу. Мы сели на освещённую солнцем скамейку возле здания персикового цвета. С Тихого океана дул солёный ветер. «Этот день определённо не похож на все, что были прежде», — сказал Сколник.
У него появилось чувство, будто новому результату команды H0LiCOW, так же как фридмановскому (со звёздами TRGB) и рейдеровскому (с мазерами), уже год. «У нас три мегахита за последнюю неделю, — отметил Сколник. — И я никак не могу уразуметь, к чему мы пришли». Даже если расхождение при измерении постоянной Хаббла возникло не случайно, сказал он, «для него нет сейчас толкового объяснения — ни теоретического, ни эмпирического. Потому-то всё и выглядит таким загадочным».
«Мне пришли на ум слова из мюзикла “Гамильтон”, — добавил он. — Вот “та комната, где это происходит” прямо сейчас».
Со стороны обрывистого берега с видом на океан появилась Фридман.
«Привет, Венди, — сказал Сколник. — Венди, я только что вспомнил мюзикл “Гамильтон”. А тебе не кажется, что мы “в комнате, где это происходит”? И не хочется ли тебе — очень-очень, как маленькому ребёнку, — быть в этой комнате?»
«А разве здесь — это не там, где нам хочется быть? — ответила Фридман. — Мы возимся с весьма занятными данными. С теми, которые могут поведать нам кое-что интересное о развитии Вселенной».
«И наши числа мало чем отличаются друг от друга: мы спорим о нескольких процентах, — сказал Сколник. — Забавно, что вся эта социологическая драма разыгралась вокруг трёх километров в секунду на мегапарсек».
«У тебя правильное отношение к делу», — сказала Фридман.
Пришло время присутствовать на обеде для участников конференции, поэтому Сколник и Фридман пошли узнать, как снова проникнуть в закрытое после рабочего дня здание.
Новая физика
Третий день принёс два новых расчёта постоянной Хаббла: космическая лестница расстояний, откалиброванная по миридам, дала 73,6, а использование флуктуации поверхностной яркости галактик — 76,5 плюс-минус 4. Адам Рисс снова фотографировал, и в конце дня была создана диаграмма, на которой нашли своё отражение все предложенные к тому времени варианты измерений.
На левой стороне диаграммы отмечены два одинаковых числа (67,4) с «жёсткими» (короткими) барами ошибок, полученные на основе исследований ранней Вселенной. Пять результатов измерений поздней Вселенной выстроились справа, в районе чисел 73 и 74. А в середине диаграммы оказалось число Фридман (69,8) — палка в колесе измерения постоянной Хаббла, дыра в космологической картине мира, мучительно-примирительное предположение о том, что все измерения в конце концов сойдутся в какой-то точке, оставляющей неразгаданными странности ΛCDM и не дающей никаких новых знаний о природе.
Впрочем, все измерения H0, проводившиеся в рамках поздней Вселенной, даже измерения Фридман, оказались справа от 67,4. Погрешность у этих вычислений разная: у одних низкая, у других высокая. Так что возможно, несоответствие результатов измерения H0 не случайно.
Кир-Расин, последний из выступавших на конференции, провёл голосование о том, как следует называть это несоответствие. Большинство проголосовало за «напряжение» или «проблему». После конференции Грэйм Аддисон (Graeme Addison), специалист по барионным акустическим колебаниям, в своём электронном письме высказался так: «Сдаётся мне, что несоответствие Хаббла — реальная проблема и что мы упускаем какие-то очень важные для физики вещи. Как бы то ни было, все принятые на данный момент решения не очень-то убеждают».
А вот сходство результатов, полученных командами H0LiCOW и SH0ES, Аддисон нашёл весьма убедительным. В статье Фридман высказано предположение о том, что «неопределённости, связанные с цефеидами SH0ES, по-видимому, недооценили». Однако, по мнению Аддисона, есть вопросы и в связи с калибровкой звёзд TRGB Большого Магелланового Облака. Фридман утверждает, что улучшила измерение пылевого влияния, но Рисс и его коллеги оспаривают это.
В начале августа на сайте arxiv.org была опубликована статья Рисса и его коллег. При калибровке звёзд TRGB, утверждается там, Фридман и её команда использовали данные телескопа с низким разрешением. По мнению авторов статьи, замена этих данных на более качественные поднимет численное значение H0 с 69,8 до 72,4, и оно окажется в диапазоне чисел, которые получили при измерении поздней Вселенной SH0ES, H0LiCOW и все другие команды, кроме CCHP. В ответ на статью Рисса и его коллег Фридман заявила, что, «похоже, они допустили ряд очень серьёзных ошибок при интерпретации» метода калибровки, применённого её командой. Она и её коллеги, используя более свежие данные, провели свой анализ заново, но, как написано в её электронном письме, «мы НЕ получили предсказанного [Риссом и его соавторами] результата».
Если четыре новых результата измерения H0, представленных в правой части диаграммы, похоже, не смогли перевесить в сознании некоторых космологов среднее число, полученное Фридман, то это отчасти объясняется её обычной невозмутимостью. Кроме того, «её чрезвычайно уважают и у неё репутация исследователя, который делает своё дело кропотливо и тщательно», отметил Дэниел Хольц (Daniel Holz) — чикагский астрофизик, использующий в качестве «стандартных сирен» столкновения нейтронных звёзд — новый многообещающий метод измерения H0.
Между тем, следующий пакет данных с космического телескопа Gaia, который должен поступить в распоряжение учёных через два или три года, позволит космологам провести калибровку цефеид и звёзд TRGB геометрическими методами на основе их параллакса, то есть изменения видимого расстояния между ними в зависимости от положения наблюдателя. Космический телескоп «Джеймс Уэбб», преемник «Хаббла», который начнёт работать в 2021 году, также станет источником новых и более качественных данных. Космология определит значение H0 — возможно, не более чем за десять лет, — и, если всё ещё будет наблюдаться несоответствие результатов, к концу десятилетия она будет готова объяснить, в чём тут дело. Она выяснит, что это — напряжение или кризис, но уже сейчас ясно, что это — не бессмыслица.
