Одним из научных обоснований создания космического телескопа Хаббл было использование его наблюдательных возможностей для определения точного значения скорости расширения Вселенной. До его запуска в 1990 году, данные, собранные с Земли, создавали путаницу: расчеты, основанные на их измерениях, говорили о том, что возраст Вселенной может составлять от 10 до 20 миллиардов лет. За последние 34 года Хаббл существенно сократил этот разброс. Теперь считается, что Вселенной 13,8 миллиарда лет, плюс-минус 200 миллионов. Эта величина была получена благодаря уточнению так называемой "шкалы расстояний", основывающейся на светимости и яркости астрономических объектов.

Однако значение Хаббла не согласуется с другими измерениями, которые предполагают, что Вселенная после Большого взрыва расширялась быстрее. Эти наблюдения были сделаны спутником ЕКА "Планк" при картировании космического микроволнового фонового излучения — модели того, как Вселенная будет развивать структуру после того, как остынет в результате Большого взрыва.

Простое решение этой дилеммы состояло бы в том, чтобы сказать, что, возможно, наблюдения Хаббла ошибочны из-за некоторой неточности, вкравшейся в измерения параметров глубокого космоса. Но теперь появился космический телескоп Джеймса Уэбба, который позволил астрономам перепроверить результаты предшественника. Инфракрасные изображения цефеид, полученные Уэббом, согласуются с данными оптического излучения Хаббла. Иными словами, изначальные наблюдения были верны.

Суть в том, что так называемое напряжение Хаббла между тем, что происходит в соседней Вселенной, и расширением ранней Вселенной остается мучительной загадкой для космологов. Возможно, в ткань космоса вплетено что-то такое, чего ученые еще не понимают.

"Если ошибки измерений сведены на нет, остается реальная и захватывающая возможность того, что мы неправильно поняли Вселенную", — говорит Адам Рисс, физик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. В 2011 году Рисс получил Нобелевскую премию за открытие того факта, что расширение Вселенной ускоряется благодаря загадочному явлению, которое теперь называется "темной энергией".

Перекрестная проверка первоначального наблюдения Уэбба в 2023 году подтвердила точность измерений, сделанных Хабблом. Но ученые продолжали надеяться, что некие незаметные ошибки могли сохраниться и проявиться уже на сверхбольших масштабах. Например, звездное скопление может систематически влиять на измерения яркости более отдаленных звезд.

Команда SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy) под руководством Рисса получила дополнительные наблюдения объектов, которые являются критическими космическими маркерами, известными как цефеиды. Эту новую информацию теперь можно сопоставить с имевшимися ранее данными.

"Теперь мы охватили весь диапазон того, что наблюдал Хаббл, и можем с очень высокой степенью уверенности исключить ошибку измерения как причину напряжения Хаббла", — говорит Рисс.

Первые несколько наблюдений команды при помощи космического телескопа Джеймса Уэбба в 2023 году оказались успешными и показали, что Хаббл находится на правильном пути и твердо устанавливает точность первых ступенек так называемой "шкалы расстояний".

В зависимости от наблюдаемого объекта, астрономы используют различные методы для оценки относительной дистанции во Вселенной. В совокупности же все они известны как шкала расстояний — каждый метод измерения основан на предыдущем шаге калибровки.

Но некоторые астрономы предположили, что в определенный момент результаты подсчетов могут стать ненадежными, если измерения цефеид станут менее точными с увеличением расстояния. Такие отклонения могут возникнуть из-за того, что свет цефеиды может смешиваться со светом соседней звезды. Этот эффект может становиться более выраженным с расстоянием, поскольку в определенный момент звезды на небе сбиваются в кучу и их становится труднее визуально отделить друг от друга.

Проблема наблюдений заключается в том, что прошлые изображения этих удаленных цефеид, полученные Хабблом, выглядят более сгущенными и перекрывающимися с соседними звездами на все больших расстояниях между нами и их родительскими галактиками. Иными словами, этот эффект необходимо тщательно учитывать. Наличие пыли еще больше усложняет точность измерений в видимом свете. Уэбб же может смотреть сквозь пыль и естественным образом изолировать цефеиды от соседних звезд, поскольку его зрение в инфракрасных длинах волн острее, чем у Хаббла.

"Объединение Уэбба и Хаббла дает нам лучшее из обоих миров. Мы обнаруживаем, что старые измерения остаются надежными по мере того, как мы поднимаемся дальше по лестнице космических расстояний", — поясняет Рисс.

Новые наблюдения Уэбба включают в себя пять галактик-хозяев восьми сверхновых типа Ia, содержащих в общей сложности 1000 цефеид. Они также достигают самой дальней галактики, где цефеиды были хорошо измерены, — NGC 5468, находящейся на расстоянии 130 миллионов световых лет.

"Это охватывает весь диапазон, в котором мы проводили измерения с помощью Хаббла. То есть, мы подошли к концу второго отрезка шкалы расстояний", — говорит соавтор Гагандип Ананд из Научного института космического телескопа в Балтиморе, который управляет телескопами Уэбба и Хаббла для НАСА.

Совместное подтверждение напряжения Хаббла двумя космическими обсерваториями дает возможность разгадать эту тайну другим, включая будущий космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман" и недавно запущенную миссию ЕКА "Евклид".

Результаты наблюдений были опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.