Квазари можуть служити стандартними годинниками, щоб насолоджуватися тим, наскільки повільніше плинув час через мільярд років після Великого вибуху.
Варіації яскравості квазарів раннього Всесвіту використовували для вимірювання затримки часу лише до мільярда років після Великого вибуху. Знахідки свідчать про епоху, коли годинники рухалися в п’ять разів повільніше, ніж сьогодні, або були б, якби хтось виготовляв годинники. Це також дає деяке полегшення космологам, які намагалися зрозуміти результати попередніх зразків квазарів.
Той факт, що час протікає по-різному для людей, які рухаються зі швидкістю, близькою до світла, порівняно з тими, хто нерухомий, є основною особливістю спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Загальна теорія відносності передбачила, що це явище, відоме як уповільнення часу, також відбувається між різними гравітаційними полів, що згодом було перевірено експериментально.
Відкривши, що Всесвіт розширюється, фізики зрозуміли, що з часом також має сповільнюватися час, що з нашої точки зору минуле рухалося повільніше. Однак визначити, наскільки повільніше, виявилося серйозною проблемою. Нова стаття, можливо, тепер вирішила це.
«Озираючись на час, коли Всесвіту було трохи більше мільярда років, ми бачимо, що час тече в п’ять разів повільніше», — сказав провідний автор, професор Герайнт Льюїс з Сіднейського університету в заяві. «Якби ви були там, у цьому новонародженому всесвіті, одна секунда здавалася б однією секундою, але з нашої позиції, більш ніж на 12 мільярдів років у майбутнє, цей ранній час, здається, тягнеться».
Щоб виміряти уповільнення часу, нам потрібно щось, що змінює яскравість за період, який ми можемо оцінити.
Наднові зірки дозволили нам відстежити, наскільки час приблизно сім мільярдів років тому виглядає інакше, ніж зараз. Однак, якими б яскравими вони не були, небагато наднових є достатньо видимими до цього моменту. Галактики, які лише змінюють свою яскравість протягом мільйонів років, мало корисні.
Однак найдальший квазар, який ми можемо побачити, знаходиться 13 мільярдів років тому. Надзвичайне світло, вироблене його акреційним диском, можна побачити, незважаючи на величезну відстань. Грудкуватість і турбулентність акреційних дисків спричиняють зміну яскравості квазарів. Льюїс пояснив IFLScience, що ці варіації, хоча й не цілком передбачувані, не зовсім випадкові. «Це трохи схоже на фондовий ринок, — сказав він. «Протягом останніх кількох десятиліть ми побачили, що є статистична закономірність зміни, з часовими масштабами, пов’язаними з тим, наскільки яскравим є квазар і довжина хвилі його світла».
Використовуючи ці знання, ми можемо згрупувати квазари, які схожі за іншими характеристиками, але на дуже різних відстанях, і використати це, щоб побачити, чи змінюються більш віддалені квазари повільніше.
Льюїс і його співавтор, доктор Брендан Брюер з Університету Окленда, не перші, хто бачить потенціал квазарів як стандартних годинників для вимірювання дилатації часу раннього Всесвіту, але попередні зусилля дали дивовижні результати.
Одне дослідження не виявило кореляції між відстанню квазара та ступенем, до якого його мінливість здається нам відставаючою. Якщо це правда, це стане фундаментальною проблемою для нашого розуміння законів фізики.
Намагаючись уникнути такої проблеми, деякі фізики припустили, що мінливість, яку ми бачимо, походить не від самих квазарів, а від спотворень, створених чорними дірами, що проходять між нами та ними. Немає інших доказів того, що на наше уявлення про Всесвіт впливають невиявлені чорні діри, тому той факт, що ця ідея навіть розглядалася, свідчить про те, наскільки тривожними були результати.
«Якщо ця зміна викликана чимось між нами та квазаром, це означає, що ми взагалі не розуміємо квазарів і фізику акреційних дисків», – додав Льюїс. Інші навіть пропонували повністю переписати космологію, наприклад, відмовитися від ідеї, що простір розширюється.
Проте, схоже, нічого такого кардинального не потрібно. Льюїс і Брюер використали вибірку зі 190 квазарів, деяким з яких понад 12 мільярдів років. Спостереження проводилися командою Університету Іллінойсу, яка спостерігала за їх яскравістю набагато частіше, ніж у попередніх дослідженнях, створюючи більш надійні оцінки їх періодів.
Автори повідомляють про закономірність збільшення розширення, чим далі ми дивимося в бік раннього Всесвіту, як це передбачає Теорія відносності.
«Там, де наднові діють як один спалах світла, що полегшує їх вивчення, квазари є складнішими, як безперервний феєрверк», — сказав Льюїс. «Ми розгадали цей феєрверк, показавши, що квазари також можна використовувати як стандартні позначки часу для раннього Всесвіту».
Дослідження опубліковано в журналі Nature Astronomy.
