МАЛЕНЬКИЕ ЗВЁЗДЫ ОПРОВЕРГАЮТ СКАЧОК ГРАВИТАЦИИ

Вселенная расширяется, и нынешнюю скорость её расширения выражает число, называемое постоянной Хаббла. Беда в том, что два семейства измерений дают разные ответы. Измерения по близким звёздам и сверхновым — «лестница расстояний» — расходятся со значением, выведенным из космического микроволнового фона, самого древнего света во Вселенной, на уровне около 5 сигм в зависимости от данных. Микроволновый фон даёт меньшее значение. Это хаббловское напряжение (Hubble tension), одна из самых острых проблем космологии.

Одни объяснения винят скрытые ошибки. Другие требуют новой физики. Одно из самых смелых предложений — модель «ступеньки G» (G-step): гравитационная постоянная Ньютона G, задающая силу тяготения, якобы резко изменилась в недавнем космическом прошлом.

Внезапное изменение 73–130 миллионов лет назад

Идея в том, что сверхновые, служащие космическими эталонами расстояния, светят с яркостью, зависящей от G. Если до определённого момента G была иной, то далёкие сверхновые (которые мы видим такими, какими они были до изменения) и близкие (после него) не были бы одним и тем же эталоном, и скорость расширения оценивалась бы неверно. Здесь проверяются две версии:

исходная модель: гравитация на 11 процентов сильнее до скачка 130 миллионов лет назад;
расширенная модель: на 4 процента сильнее до скачка 73 миллиона лет назад.

Звёзды с долгой памятью

Джереми Сакстейн из Гавайского университета и Гарри Десмонд из Портсмутского университета нашли неожиданного свидетеля — красные карлики, самые маленькие звёзды, массой меньше примерно трети массы Солнца. Вещество этих звёзд перемешивается от ядра до поверхности, и на любое возмущение они реагируют крайне медленно. Время, за которое они приходят в равновесие после изменения своего размера, составляет около 100 миллионов лет — примерно столько же, сколько прошло с предполагаемого скачка.

Следствие, полученное сначала на бумаге, а затем с помощью кода звёздной эволюции: красный карлик, живший при более сильной гравитации и затем переживший падение G до нынешнего значения, быстро раздувается, а потом лишь медленно сжимается обратно. Сегодня он всё ещё был бы немного великоват для своей массы.

Восемь звёзд на весах

Для проверки физики использовали восемь красных карликов в затменных двойных системах — парах звёзд, которые, если смотреть с Земли, проходят друг перед другом, что даёт одни из самых точных известных масс и радиусов звёзд. Они отобрали звёзды массой от 0,1 до 0,31 солнечной, в парах, достаточно разнесённых, чтобы ограничить приливные эффекты.

Одно осложнение: звёздные пятна тоже раздувают звезду. Авторы позволили доле поверхности, покрытой пятнами, свободно меняться у каждой звезды — от нуля до полного покрытия, — чтобы пятна при возможности могли объяснить любое раздутие.

Никаких следов скачка

Для обеих дат лучше всего подходит гравитация, которая никогда не менялась. Оба предложенных скачка исключены:

4 процента, 73 миллиона лет назад: исключён примерно на уровне 3,1 сигмы;
11 процентов, 130 миллионов лет назад: исключён примерно на уровне 4,0 сигмы.

Звёздные пятна не спасают модель: для этих скачков четырём из восьми звёзд уже требуется нулевое число пятен, а меньше нуля пятен у звезды быть не может.

Весомый свидетель

Авторы проверили, насколько хрупок результат. Если бы звёздные модели систематически завышали радиусы на 1 процент, исключение ослабло бы, но сохранилось бы. Они также отмечают, что одна звезда, J2343+29, несёт значительную часть веса: без неё исключения падают до 2,45 и 1,90 сигмы — по-прежнему без какого-либо предпочтения в пользу изменения гравитации.

Исследование не разрешает хаббловское напряжение. Оно сужает поле поиска: эти две версии недавнего скачка гравитации теперь противоречат звёздам нашей собственной Галактики.