- 21,843
- 46
- 8 Ноя 2022
Гравитация тянет, тьма отталкивает — и вдруг теряет силы: новый поворот в космологии.
Учёные представили убедительные свидетельства в пользу того, что тёмная энергия — гипотетическая форма энергии, ускоряющая расширение Вселенной, — может не быть постоянной, как долго считалось. Это ставит под сомнение стандартную космологическую модель, согласно которой тёмная энергия представляет собой так называемую космологическую постоянную — неизменную характеристику самого вакуума пространства, введённую Альбертом Эйнштейном ещё в начале XX века.
Сдвиг в представлениях стал возможен благодаря новым наблюдательным данным, собранным сразу несколькими крупными астрономическими программами: обзором тёмной энергии (Dark Energy Survey, DES), спектроскопическим инструментом изучения тёмной энергии (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI), а также миссиями Planck, SDSS, Atacama Cosmology Telescope и проектом Time-Delay COSMOgraphy. Совокупность этих данных, охватывающих сверхновые типа Ia, барионные акустические осцилляции и космическое микроволновое фоновое излучение, позволила более точно реконструировать историю космического расширения.
Авторы нового исследования — астрофизик Джошуа Фриман, один из основателей DES, и Аноуар Шаджиб, стипендиат NASA Hubble и специалист по гравитационному линзированию, — опубликовали результаты в журнале Physical Review D. Они проанализировали всю совокупность существующих данных с точки зрения моделей тёмной энергии, которые допускают её изменение со временем. В отличие от чисто математических формул, использовавшихся в прежних расчётах, учёные сосредоточились на физических, обоснованных теориях — в частности, на моделях, основанных на гипотетических ультралёгких частицах, называемых аксионах .
Аксионы были впервые предложены в 1970-х годах для объяснения особенностей сильного взаимодействия. В стандартной космологии они считаются возможными кандидатами на роль тёмной материи. Однако в рассматриваемых моделях речь идёт о другой разновидности — аксионоподобных частицах с ещё меньшей массой, которые могли бы выполнять роль тёмной энергии. Суть модели такова: в течение первых миллиардов лет после Большого взрыва плотность тёмной энергии оставалась практически неизменной, но затем аксион, словно мячик, сдвинутый с вершины холма, начал «скатываться» — то есть его плотность стала уменьшаться. Согласно расчётам, за последние несколько миллиардов лет плотность тёмной энергии могла снизиться примерно на 10%. Это немного по сравнению с другими компонентами космоса, но достаточно, чтобы статистически отличаться от полной неизменности.
Фундаментальная особенность стандартной модели ΛCDM (лямбда-холодной тёмной материи) заключается в предположении, что тёмная энергия есть космологическая постоянная Λ, не меняющаяся с течением времени. Такое представление, несмотря на отсутствие физического объяснения природы этой энергии, позволяло хорошо согласовываться с наблюдательными данными в течение более двух десятилетий. Теперь же впервые с момента запуска DES в 2003 году появились свидетельства, что поведение тёмной энергии всё-таки может меняться, и что модели с переменной плотностью обеспечивают лучшее соответствие наблюдениям.
Авторы подчёркивают, что это не просто математический приём, а полноценная физическая гипотеза, которую можно проверять и уточнять по мере накопления данных. В будущем, с запуском новых проектов, таких как обзор Вселенной LSST, проводимый обсерваторией Веры Рубин, и продолжением работы DESI, станет возможным окончательно установить, меняется ли тёмная энергия на самом деле, или наблюдаемое отклонение — всего лишь статистический артефакт.
Значение этих результатов трудно переоценить. Тёмная энергия составляет около 70% от всей плотности энергии во Вселенной, и именно она определяет её дальнейшую судьбу. Если плотность этой энергии будет продолжать снижаться, ускорение расширения замедлится. Это может привести к сценарию «Большого замерзания» (Big Freeze), когда Вселенная постепенно охладеет, разбухнет и окажется в состоянии вечной темноты и разреженности. В отличие от других гипотетических сценариев — «Большого разрыва» (Big Rip), при котором ускорение становится настолько экстремальным, что разрывает даже элементарные частицы, или «Большого сжатия» (Big Crunch), когда расширение сменяется коллапсом — текущие данные указывают на более спокойную, хотя и холодную, судьбу космоса.
Пока сложно сказать, будет ли новое объяснение окончательно принято научным сообществом. Но если гипотеза об эволюции тёмной энергии подтвердится, это может стать одной из самых значительных перемен в современной физике — шагом к пониманию природы тех 70% вещества и энергии во Вселенной, о которых пока почти ничего не известно.
Учёные представили убедительные свидетельства в пользу того, что тёмная энергия — гипотетическая форма энергии, ускоряющая расширение Вселенной, — может не быть постоянной, как долго считалось. Это ставит под сомнение стандартную космологическую модель, согласно которой тёмная энергия представляет собой так называемую космологическую постоянную — неизменную характеристику самого вакуума пространства, введённую Альбертом Эйнштейном ещё в начале XX века.
Сдвиг в представлениях стал возможен благодаря новым наблюдательным данным, собранным сразу несколькими крупными астрономическими программами: обзором тёмной энергии (Dark Energy Survey, DES), спектроскопическим инструментом изучения тёмной энергии (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI), а также миссиями Planck, SDSS, Atacama Cosmology Telescope и проектом Time-Delay COSMOgraphy. Совокупность этих данных, охватывающих сверхновые типа Ia, барионные акустические осцилляции и космическое микроволновое фоновое излучение, позволила более точно реконструировать историю космического расширения.
Авторы нового исследования — астрофизик Джошуа Фриман, один из основателей DES, и Аноуар Шаджиб, стипендиат NASA Hubble и специалист по гравитационному линзированию, — опубликовали результаты в журнале Physical Review D. Они проанализировали всю совокупность существующих данных с точки зрения моделей тёмной энергии, которые допускают её изменение со временем. В отличие от чисто математических формул, использовавшихся в прежних расчётах, учёные сосредоточились на физических, обоснованных теориях — в частности, на моделях, основанных на гипотетических ультралёгких частицах, называемых аксионах .
Аксионы были впервые предложены в 1970-х годах для объяснения особенностей сильного взаимодействия. В стандартной космологии они считаются возможными кандидатами на роль тёмной материи. Однако в рассматриваемых моделях речь идёт о другой разновидности — аксионоподобных частицах с ещё меньшей массой, которые могли бы выполнять роль тёмной энергии. Суть модели такова: в течение первых миллиардов лет после Большого взрыва плотность тёмной энергии оставалась практически неизменной, но затем аксион, словно мячик, сдвинутый с вершины холма, начал «скатываться» — то есть его плотность стала уменьшаться. Согласно расчётам, за последние несколько миллиардов лет плотность тёмной энергии могла снизиться примерно на 10%. Это немного по сравнению с другими компонентами космоса, но достаточно, чтобы статистически отличаться от полной неизменности.
Фундаментальная особенность стандартной модели ΛCDM (лямбда-холодной тёмной материи) заключается в предположении, что тёмная энергия есть космологическая постоянная Λ, не меняющаяся с течением времени. Такое представление, несмотря на отсутствие физического объяснения природы этой энергии, позволяло хорошо согласовываться с наблюдательными данными в течение более двух десятилетий. Теперь же впервые с момента запуска DES в 2003 году появились свидетельства, что поведение тёмной энергии всё-таки может меняться, и что модели с переменной плотностью обеспечивают лучшее соответствие наблюдениям.
Авторы подчёркивают, что это не просто математический приём, а полноценная физическая гипотеза, которую можно проверять и уточнять по мере накопления данных. В будущем, с запуском новых проектов, таких как обзор Вселенной LSST, проводимый обсерваторией Веры Рубин, и продолжением работы DESI, станет возможным окончательно установить, меняется ли тёмная энергия на самом деле, или наблюдаемое отклонение — всего лишь статистический артефакт.
Значение этих результатов трудно переоценить. Тёмная энергия составляет около 70% от всей плотности энергии во Вселенной, и именно она определяет её дальнейшую судьбу. Если плотность этой энергии будет продолжать снижаться, ускорение расширения замедлится. Это может привести к сценарию «Большого замерзания» (Big Freeze), когда Вселенная постепенно охладеет, разбухнет и окажется в состоянии вечной темноты и разреженности. В отличие от других гипотетических сценариев — «Большого разрыва» (Big Rip), при котором ускорение становится настолько экстремальным, что разрывает даже элементарные частицы, или «Большого сжатия» (Big Crunch), когда расширение сменяется коллапсом — текущие данные указывают на более спокойную, хотя и холодную, судьбу космоса.
Пока сложно сказать, будет ли новое объяснение окончательно принято научным сообществом. Но если гипотеза об эволюции тёмной энергии подтвердится, это может стать одной из самых значительных перемен в современной физике — шагом к пониманию природы тех 70% вещества и энергии во Вселенной, о которых пока почти ничего не известно.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
