На протяжении многих лет космологи сталкиваются с загадкой, известной как «Напряжение Хаббла» — расхождением в оценках скорости расширения Вселенной в современную эпоху. Одним из возможных решений этой проблемы считалась потеря массы при слиянии черных дыр. Однако новое исследование показало, что этот сценарий маловероятен, а значит, тайна остается нераскрытой.

В 2022 году астрономы начали замечать странности в измерениях постоянной Хаббла — величины, описывающей скорость расширения Вселенной. Значения, полученные при наблюдении ранней Вселенной (например, через реликтовое излучение), оказались значительно ниже, чем результаты измерений в современной, близкой к нам части космоса.
С годами это расхождение только углубилось, и ученые до сих пор не нашли ему объяснения.

Космологические модели предполагают, что количество материи во Вселенной неизменно. Чтобы снять «напряжение», рассматривалась гипотеза, что материя каким-то образом исчезает. Некоторые теории предполагали, что темная материя может распадаться на невидимое излучение. Однако природа самой темной материи остается загадкой, поэтому такие идеи сохраняют статус умозрительных.

Известный способ «уничтожения» материи связан с черными дырами. Речь не об их формировании: материя, попавшая за горизонт событий, не исчезает, а лишь становится недоступной для наблюдения. Но при слиянии черных дыр огромная масса преобразуется в энергию гравитационных волн. Например, слияние двух небольших черных дыр высвобождает энергию, эквивалентную массе нескольких солнц.

Эти гравитационные волны рассеиваются в пространстве, а исходная масса перестает существовать. Мы наблюдаем такие волны с помощью LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и других детекторов. Это подтвержденный механизм потери массы.

Но достаточно ли этого, чтобы объяснить «напряжение Хаббла»? Команда астрофизиков из Университета Вандербильта попыталась ответить на этот вопрос.

Они выяснили, что для компенсации расхождений черные дыры должны сливаться с нереалистично высокой частотой. Реальная скорость их слияния, рассчитанная на основе числа массивных звезд, их гибели и взаимодействия, оказалась в 10 000 раз ниже необходимой. Даже с учетом погрешностей этот механизм не решает проблему, как указано в препринте, опубликованном в arXiv.

Хотя исследование еще не прошло рецензирование, его результаты важны для науки: как детективы, ученые должны проверить каждую версию, чтобы приблизиться к разгадке.

Так куда же движутся поиски объяснения «напряжения Хаббла»? Одной из альтернатив остается гипотеза ранней темной энергии — загадочной силы, которая могла временно ускорять расширение Вселенной в первые моменты после Большого взрыва. Другое направление — пересмотр стандартной модели космологии, например, введение varying constants (изменяющихся фундаментальных постоянных) или учет влияния магнитных полей ранней Вселенной.

Не исключено и сочетание факторов: систематические ошибки в измерениях, неучтенные астрофизические процессы или новые формы материи. Например, эксперименты с телескопом James Webb могут уточнить данные о цефеидах — «стандартных свечах» для расчета постоянной Хаббла. А будущие гравитационные обсерватории, такие как Einstein Telescope, позволят точнее оценить вклад слияний черных дыр.

Пока же ученые напоминают: отрицательный результат — тоже результат. Исключив один из сценариев, космологи сужают круг возможных решений, приближая нас к пониманию фундаментальных законов мироздания.

Тайна «напряжения Хаббла» продолжает бросать вызов современной науке. Но именно такие головоломки, требующие междисциплинарного подхода и технологических прорывов, двигают космологию вперед, напоминая, что Вселенная всегда готова удивить нас новыми загадками.