Как така в ранната Вселена времето е минавало пъти по-бавно

Учени използваха промените в яркостта на квазарите от ранната Вселена, за да измерят дилатацията на времето едва 1 милиард години след Големия взрив (което е много скоро след Големия взрив в контекста на живота на Вселената).

Откритията им разкриват епоха, в която часовниците са се движили 5 пъти по-бавно, отколкото днес.

Това също така е облекчение за космолозите, които се затрудняваха да осмислят резултатите от предишни изследвания на квазари.

Фактът, че времето протича по различен начин за хората, които се движат със скорост, близка до тази на светлината, спрямо хора, които не се движат въобще, е основна характеристика на Теория на специалната относителност на Айнщайн, а Общата теория на относителността предвижда, че това явление, известно като дилатация (разтегляне, разширяване) на времето, възниква и между различни гравитационни полета, което се потвърждава и експериментално.

Още след откритието, че Вселената се разширява, физиците осъзнаха, че съответно би трябвало да има и забавяне на времето. Да се определи на това колко по-бавно е то, обаче, се оказа значително предизвикателство. Сега обаче едно ново изследване може би успява да реши този проблем.

Компютърно представяне на акреционния диск на ULAS J1120+0641 – много далечен квазар, захранван от черна дупка с маса от около два милиарда слънчеви маси.

„Поглеждайки назад към времето, когато Вселената е била на малко повече от 1 милиард години, виждаме, че времето тече 5 пъти по-бавно“, казва водещият автор професор Гераинт Люис от Университета в Сидни в изявление. „Ако бяхме там, в тази млада Вселена, 1 секунда щеше да ни изглежда като 1 секунда – но от нашата сегашна позиция, повече от 12 милиарда години напред в бъдещето, това ранно време изглежда много по-бавно.“

За да измерим тази дилатация, се нуждаем от нещо, което променя яркостта си на определен период, който можем да установим.

Свръхновите ни позволяват да проследим до каква степен времето изглежда различно преди около 7 милиарда години в сравнение със сега. Въпреки това, колкото и да са ярки, малко свръхнови са достатъчно видими отпреди този момент. Галактиките, които променят яркостта си само в продължение на милиони години, пък не са особено полезни (много кратък период).

Най-отдалеченият квазар, който можем да видим, обаче се намира 13 милиарда години назад във времето. Екстремната светлина, произведена от неговия акреционен диск, все пак може да се види въпреки огромното разстояние. Неравностите и турбулентността в акреционните им дискове причиняват вариации в яркостта на квазарите. Люис обяснява, че тези вариации, макар и да не са напълно предсказуеми, не са напълно случайни. „Това е малко като на фондовата борса“, казва той. „През последните няколко десетилетия видяхме, че има статистическа закономерност на вариациите в яркостта, като времевите рамки са свързани с това колко ярък е квазарът и каква е дължината на вълната на неговата светлина.“

Използвайки това знание, можем да групираме квазари, които са сходни по други характеристики, но са на много различни разстояния, и да използваме това, за да видим дали по-отдалечените ще изглежда, че се променят по-бавно.

Люис и съавторът му д-р Брендън Брюър от Университета в Окланд не са първите, които виждат потенциала на квазарите като часовници за измерване забавянето на времето в ранната Вселена, но предишните опити дават объркващи резултати.

Едно изследване не открива връзка между разстоянието до квазара и степента, в която неговата променливост изглежда изостава спрямо нас. Ако това е вярно, то би представлявало фундаментално предизвикателство за нашето разбиране на законите на физиката.

В опит да избегнат подобен проблем някои физици предлагат променливостта, която виждаме, да не идва от самите квазари, а от изкривявания, създадени от черни дупки, преминаващи между нас и тях. Няма други доказателства, че представата ни за Вселената се влияе от неоткрити черни дупки, така че фактът, че идеята дори е била обмисляна, показва колко тревожни са резултатите.

Както добавя Люис: „Ако отклонението е причинено от нещо между нас и квазара, това означава, че наистина изобщо не разбираме квазарите и физиката на акреционните дискове.“ Други дори предлагат цялостно пренаписване на космологията – например, да се изостави идеята, че пространството се разширява.

Изглежда обаче, че не е необходимо нищо толкова драстично. Люис и Брюър използват извадка от 190 квазара, някои от които датират отпреди повече от 12 милиарда години. Наблюденията са направени от екип на Университета в Илинойс, който всъщност наблюдава яркостта им много по-често, отколкото в предишни изследвания, създавайки по-надеждни оценки на периодите им.

В крайна сметка авторите съобщават за модел на нарастващо разширение, колкото по-назад гледаме към ранната Вселена – точно както предполага Теорията на относителността.

„Докато свръхновите действат като единичен проблясък от светлина, което ги прави по-лесни за изучаване, квазарите са по-сложни – като непрекъснат фойерверк“, казва Люис. „Това, което направихме, е да разгадаем този фойерверк, показвайки, че квазарите също могат да се използват като стандартни маркери за времето в ранната Вселена.“