Наблюдения ранней Вселенной с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) не могут быть объяснены современными космологическими моделями. Эти модели оценивают возраст Вселенной в 13,8 миллиардов лет, основываясь на концепции расширяющейся Вселенной в результате Большого взрыва. Мое исследование предлагает модель, которая определяет возраст Вселенной в 26,7 миллиардов лет, что объясняет наблюдения JWST о «невозможных ранних галактиках». Невозможные ранние галактики связаны с тем фактом, что некоторые галактики, датируемые космическим рассветом — через 500–800 миллионов лет после Большого взрыва, — имеют диски и балджи, подобные тем, которые прошли длительный период эволюции. А галактики меньшего размера, по-видимому, более массивны, чем более крупные, что совершенно противоположно ожиданиям.
Эта оценка возраста получена на основе скорости расширения Вселенной путем измерения красного смещения спектральных линий света, излучаемого далекими галактиками. Более раннее объяснение красного смещения было основано на гипотезе о том, что свет теряет энергию при перемещении на космические расстояния. Это объяснение «усталого света» было отвергнуто, поскольку оно не могло объяснить многие наблюдения. Красное смещение света похоже на эффект Доплера в звуке: кажется, что шумы имеют более высокую частоту (высоту) при приближении и более низкую при удалении. Красное смещение, более низкая частота света, указывает на то, что объект удаляется от нас; чем больше расстояние до галактики, тем выше скорость удаления и красное смещение.
Альтернативное объяснение красного смещения связано с эффектом Доплера: далекие галактики удаляются от нас со скоростью, пропорциональной их расстоянию, что указывает на расширение Вселенной. Модель расширяющейся Вселенной стала популярной среди большинства астрономов после того, как два астронома, работавшие в Bell Labs, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, случайно обнаружили в 1964 году космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), которое стационарная модель не могла удовлетворительно объяснить. Скорость расширения по существу определяет возраст Вселенной. До запуска космического телескопа «Хаббл» в 1990-х годах неопределенность в скорости расширения оценивала возраст Вселенной в диапазоне от семи до 20 миллиардов лет. Другие наблюдения привели к принятому в настоящее время значению в 13,8 миллиардов лет, поставив модель большого взрыва на пьедестал космологии.
Исследование, опубликованное в прошлом году, предложило решить невозможную проблему ранних галактик с помощью модели усталого света. Однако утомленный свет не может удовлетворительно объяснить другие космологические наблюдения, такие как красное смещение сверхновых и однородность космического микроволнового фона. Я попытался объединить стандартную модель большого взрыва с моделью усталого света, чтобы посмотреть, как она соответствует данным о сверхновых и данным JWST, но с последними она не совпала. Однако это увеличило возраст Вселенной до 19,3 миллиардов лет. Затем я попытался создать гибридную модель, включающую усталый свет и космологическую модель, которую я разработал на основе эволюционирующих констант связи, предложенных британским физиком Полем Дираком в 1937 году. Это хорошо соответствовало обоим данным, но почти вдвое увеличило возраст Вселенной.
Новая модель увеличивает время формирования галактик в 10–20 раз по сравнению со стандартной моделью, давая достаточно времени для формирования хорошо развитых «невозможных» ранних галактик, как это наблюдалось. Как и любая другая модель, она должна будет дать удовлетворительное объяснение всем тем наблюдениям, которым удовлетворяет стандартная космологическая модель. Подход к смешиванию двух моделей для объяснения новых наблюдений не нов. Исаак Ньютон считал, что свет распространяется как частицы в своей теории света, которая преобладала до тех пор, пока в 19 веке ее не заменила волновая теория света для объяснения картин дифракции, наблюдаемых при монохроматическом свете.
Альберт Эйнштейн возродил частицеподобную природу света, чтобы объяснить фотоэлектрический эффект: свет имеет двойные характеристики: частицеподобный в одних наблюдениях и волнообразный в других. С тех пор стало общепризнанным, что все частицы обладают такими двойственными характеристиками. Другой способ измерения возраста Вселенной — оценить возраст звезд в шаровых скоплениях нашей галактики — Млечного Пути. Шаровые скопления включают в себя до миллиона звезд, и все они, по-видимому, образовались в одно и то же время в ранней Вселенной. Если предположить, что все галактики и скопления начали формироваться одновременно, возраст самой старой звезды в скоплении должен соответствовать возрасту Вселенной (за вычетом времени, когда галактики начали формироваться). Для некоторых звезд, таких как Мафусаил, который считается старейшим в галактике, астрофизическое моделирование дает возраст, превышающий возраст Вселенной, определенный с использованием стандартной модели, что невозможно.
Эйнштейн считал, что Вселенная одинакова, наблюдаемая из любой точки в любое время, — однородна, изотропна и вневременна. Чтобы объяснить наблюдаемое красное смещение далеких галактик в такой устойчивой Вселенной, которое, казалось, увеличивалось пропорционально их расстоянию (закон Хаббла), швейцарский астроном Фриц Цвикки в 1929 году предложил теорию усталого света. Хотя некоторые наблюдения космического телескопа «Хаббл» действительно указывали на невозможную проблему ранних галактик, только после запуска JWST в декабре 2021 года и данных, предоставленных им с середины 2022 года, эта проблема была твердо установлена. Чтобы защитить стандартную модель Большого взрыва, астрономы попытались решить проблему, сжимая временную шкалу формирования массивных звезд и первичных черных дыр, увеличивающих массу с нефизически высокой скоростью. Тем не менее, развивается консенсус в отношении новой физики, объясняющей эти наблюдения JWST.
