Новые данные DESI меняют локальное значение постоянной Хаббла ✦
Анализ барионных акустических осцилляций (BAO) по данным DESI выявил свидетельства эволюции тёмной энергии. Использование моделей w0wa, предпочитаемых данными DESI, приводит к уменьшению локального значения постоянной Хаббла H0 на величину до 2.5 км/с/Мпк относительно оценки в рамках ΛCDM. При наложении ограничений из данных реликтового излучения (CMB) и сверхновых типа Ia (SNIa) сдвиг сокращается: для комбинации DESI+CMB снижение составляет 1.1 ± 0.38 км/с/Мпк, а для DESI+CMB+SNIa — 0.5 ± 0.1 км/с/Мпк. Зависимость локальных измерений H0 от космологического фона и слабая ограниченность космологии на малых красных смещениях указывают на значимость этого эффекта для проблемы хаббловской напряжённости.
Контекст
С момента открытия Эдвином Хабблом расширения Вселенной постоянная Хаббла стала ключевым числом в космологии. Точное её значение, однако, остаётся предметом спора: различие между локальными измерениями и выводами из реликтового излучения (открытого Арно Пензиасом), которое несёт отпечаток первых мгновений после Большого взрыва, известно как хаббловская напряжённость. Традиционно предполагалось, что локальные измерения нечувствительны к деталям фоновой космологии, но растущая точность (подходы, развитые Адамом Риссом и другими) заставляет пересмотреть это допущение. Новые данные о расширении, полученные с помощью спектроскопии миллионов галактик инструментом DESI, указывающие на эволюцию тёмной энергии, могут существенно изменить картину.
Методы
Авторы использовали данные Hubble Distance Network (H0DN) — комбинацию локальных измерений расстояний до красных смещений z ~ 0.1, а также открытый код для извлечения H0. Для оценки влияния космологической модели они варьировали параметры тёмной энергии: в моделях wCDM и w0wa, где w — параметр уравнения состояния, а wa — его эволюция. Плотность материи ΩM включает тёмную материю и обычное вещество. Используя цепи Маркова из совместного анализа DESI DR2 BAO, данных CMB и сверхновых типа Ia, они взвешивали значения H0 в соответствии с вероятностью моделей.
Результаты
При фиксированной ΛCDM и плотности материи ΩM=0.3 локальная H0 = 73.50 км/с/Мпк. Варьирование ΩM в разумных пределах меняет H0 лишь на ±0.29 км/с/Мпк, но более серьёзные изменения возникают при эволюции тёмной энергии. В модели wCDM с w, далёким от -1, H0 может снижаться на 2.7 км/с/Мпк. В предпочтительной DESI модели w0wa со следами w0 = -1 - wa/3 сдвиг H0 может достигать 2.5 км/с/Мпк. Совместный анализ с CMB и SNIa сужает допустимую область: для DESI+CMB+SNIa H0 = 73.03 ± 0.81(стат.) ± 0.11(модель) км/с/Мпк, что на 0.5 км/с/Мпк ниже базового; для DESI+CMB снижение составляет 1.1 ± 0.38 км/с/Мпк. Таким образом, учёт возможной эволюции тёмной энергии уменьшает локальное значение H0.
Значение
Показано, что изменения фоновой космологии на малых красных смещениях могут существенно влиять на локальные измерения постоянной Хаббла — эффект, которым ранее пренебрегали. Это не только добавляет систематическую неопределённость к прямым измерениям, но и демонстрирует, что хаббловская напряжённость может быть частично смягчена модификациями поздней Вселенной, а не только ранней. Результаты DESI подчёркивают, что стандартная модель расширения Вселенной ΛCDM может быть неполной.
Развитие
Если данные DESI подтвердятся, потребуется пересмотреть все локальные измерения H0 с учётом динамической тёмной энергии. Будущие обзоры, такие как Euclid и Roman, предоставят более точные BAO и сверхновые, что позволит лучше ограничить модель w0wa. Кроме того, возникнет необходимость изучения физически мотивированных моделей тёмной энергии, таких как скалярные поля с замораживанием, а не только феноменологическую параметризацию.
Влияние
Это исследование повлияет на область космологической стандартной линейки, калибровку локальных расстояний через сверхновые и цефеиды, а также на интерпретацию реликтового излучения.
Следующие шаги
Ближайшие шаги включают повторный анализ всех наборов данных локальных расстояний в рамках моделей w0wa, а также развитие методов совместного учёта космологических неопределённостей при измерении H0.
Ключевые проблемы
Работа напрямую связана с проблемой хаббловской напряжённости — нестыковкой значений H0 из ранней и поздней Вселенной, а также с загадкой природы тёмной энергии, особенно её возможной эволюции во времени.
🎯 За почти век измерений постоянной Хаббла её значение эволюционировало от первоначальных 500 км/с/Мпк (полученных самим Эдвином Хабблом) до современных 73 с точностью около 1%. Несмотря на это, загадка хаббловской напряжённости остаётся нерешённой.
Ключевые числа
- Базовое значение H0 (ΛCDM): 73.50 км/с/Мпк
- Максимальный сдвиг H0 от модели w0wa: 2.5 км/с/Мпк
- Снижение H0 для DESI+CMB+SNIa: 0.5 км/с/Мпк
- Статистическая ошибка H0DN: ±0.81 км/с/Мпк
- Красное смещение локальных измерений: z ~ 0.1