Есть серьезные основания полагать, что темная энергия - это не то, чем ее считали астрономы.

АНАХЕЙМ, Калифорния - В прошлую среду международная группа астрономов представила самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что темная энергия - загадочное явление, заставляющее нашу Вселенную расширяться все быстрее, - не постоянная сила природы, а сила, которая растет и падает в космическом времени. «Как показывают новые измерения, темная энергия может не обрекать нашу Вселенную на гибель во всех масштабах, от скоплений галактик до атомных ядер. Напротив, ее расширение может замедлиться, и в итоге Вселенная останется стабильной. Или же космос может даже изменить курс, в конечном итоге обрекая себя на коллапс, который астрономы называют «Большой имплозией». «Последние результаты подтверждают появившийся в апреле прошлого года дразнящий намек на то, что что-то не так со стандартной моделью космологии, лучшей теорией ученых об истории и структуре Вселенной. Измерения, проведенные в прошлом году и в этом месяце, получены в результате совместной работы, возглавляемой прибором Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) на телескопе в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне». „Теперь это немного больше, чем намек“, - сказал Майкл Леви, космолог из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и директор DESI. «Это ставит нас в противоречие с другими измерениями», - добавил Леви. «Это заявление было сделано на встрече Американского физического общества в Анахайме, штат Калифорния, и сопровождалось серией статей с описанием результатов, которые проходят рецензирование и будут опубликованы в журнале Physical Review D. «Справедливо сказать, что этот результат, принятый за чистую монету, кажется самым большим намеком, который мы имеем о природе темной энергии за ~25 лет с момента ее открытия», - написал он в статье. «Справедливо будет сказать, что этот результат, если принять его за чистую монету, кажется самым большим намеком на природу темной энергии за ~25 лет с момента ее открытия», - написал в электронном письме Адам Рисс, астрофизик из Университета Джона Хопкинса и Научного института космического телескопа в Балтиморе, который не участвовал в работе, но является одним из лауреатов Нобелевской премии по физике 2011 года за открытие темной энергии. Но даже когда наблюдения DESI поставили под сомнение стандартную модель космологии, другой результат укрепил ее». Во вторник многонациональная команда, управляющая Атакамским космологическим телескопом в Чили, опубликовала самые подробные изображения ранней Вселенной, когда ей было всего 380 000 лет (телескоп закрывается в 2022 году). «Их отчет, который еще не прошел рецензирование, похоже, подтверждает, что стандартная модель работала, как и ожидалось, в ранней Вселенной. Один из элементов этой модели, постоянная Хаббла, описывает скорость расширения Вселенной, но за последние полвека измерения этой постоянной явно расходились, и это несоответствие известно как хаббловское противоречие. Теоретики полагали, что, возможно, дополнительная вспышка темной энергии в ранней Вселенной, когда условия были слишком горячими для формирования атомов, могла бы разрешить это противоречие. «Последние результаты из Атакамы, похоже, исключают эту идею. Но они ничего не говорят о том, могла ли природа темной энергии измениться в более позднее время». »Оба доклада вызвали бурные похвалы со стороны других космологов, которые одновременно признались, что испытывают космическое замешательство по поводу того, что все это значит. «Я не думаю, что на данный момент осталось много хороших идей о том, чем можно объяснить деформацию Хаббла«, - сказала Венди Фридман, космолог из Чикагского университета, которая всю жизнь занималась измерениями Вселенной и не принимала участия ни в одном из исследований». Майкл Тернер, теоретик из Чикагского университета, который также не принимал участия в исследованиях, сказал: «Хорошая новость заключается в том, что в космическом яйце нет трещин. Плохая новость заключается в том, что в космическом яйце нет трещин». Тернер, придумавший термин „темная энергия“, добавил, что если трещина и есть, то „она еще не раскрылась настолько, чтобы мы могли ясно увидеть следующую большую вещь в космологии“. »Астрономы часто сравнивают галактики в расширяющейся Вселенной с кишмишем в пироге. Когда тесто поднимается, кишмиш отделяется. В 1998 году две группы астрономов измерили расширение Вселенной, изучив яркость сверхновой звезды определенного типа. Такие сверхновые излучают одинаковое количество света, поэтому на больших расстояниях они кажутся предсказуемо более тусклыми. Если бы расширение Вселенной замедлялось, как считали ученые в то время, свет от далеких взрывов должен был бы казаться немного ярче, чем ожидалось. «К своему удивлению, обе группы обнаружили, что сверхновые были тусклее, чем ожидалось. Вместо того чтобы замедляться, расширение Вселенной ускорялось. «Никакая известная физикам энергия не может привести в движение ускоряющееся расширение; ее сила должна уменьшаться по мере того, как она распространяется все дальше и дальше по расширяющейся Вселенной. Эта темная энергия имела все характеристики погрешности, которую Альберт Эйнштейн ввел в свою теорию гравитации в 1917 году, чтобы объяснить, почему Вселенная не разрушается под собственным весом. Этот фактор, известный как космологическая постоянная, представлял собой своего рода космическое отталкивание, которое уравновешивало гравитацию и стабилизировало Вселенную, или так он считал. В 1929 году, когда стало ясно, что Вселенная расширяется, Эйнштейн отказался от космологической постоянной, что, как говорят, он назвал своей самой большой ошибкой. Но было уже слишком поздно. Особенность квантовой теории, разработанной в 1955 году, предсказывает, что пустое пространство заполнено энергией, которая создает отталкивающую силу, равную погрешности Эйнштейна. Последние четверть века эта константа является частью стандартной модели космологии. Модель описывает Вселенную, родившуюся 13,8 миллиарда лет назад в результате колоссальной искры, известной как Большой взрыв, и состоящую на 5 процентов из атомной материи, на 25 процентов из темной материи и на 70 процентов из темной энергии. Если темная энергия действительно является константой Эйнштейна, то стандартная модель предвещает мрачное будущее: Вселенная будет продолжать ускоряться, вечно, становясь все более темной и одинокой. Далекие галактики окажутся слишком далекими, чтобы их увидеть. Вся энергия, жизнь и мысли будут высосаны из космоса». »Астрономы из команды DESI пытаются охарактеризовать темную энергию, изучая галактики в разные эпохи космического времени. Небольшие нарушения в рассеивании материи в ранней Вселенной повлияли на расстояния между галактиками сегодня - расстояния, которые заметно увеличились вместе со Вселенной. «Данные, использованные для последнего измерения DESI, состояли из каталога почти 15 миллионов галактик и других небесных объектов. Сам по себе набор данных не говорит о том, что с теоретическим пониманием темной энергии все в порядке. Но в сочетании с другими стратегиями измерения расширения Вселенной - например, изучением взрывающихся звезд и самого старого света во Вселенной, излучаемого примерно через 100 000 лет после Большого взрыва, - данные больше не соответствуют тому, что предсказывает стандартная модель. «Расхождение между данными и теорией составляет не более 4,2 сигма (в предпочитаемых физиками единицах измерения неопределенности), что представляет собой один шанс из 50 000, что результаты являются случайностью. Но это несоответствие все равно не дотягивает до 5 сигма (что эквивалентно шансу один к 3,5 миллионам), строгого стандарта, установленного физиками для заявления об открытии. «Тем не менее, это несоответствие наводит на мысль, что в космологической модели есть что-то, что не совсем понятно. Ученым, возможно, придется пересмотреть свою интерпретацию гравитации или придать смысл старому свету Большого взрыва. Астрономы DESI считают, что проблема может заключаться в природе темной энергии. «Если мы введем динамическую темную энергию, кусочки головоломки будут складываться лучше», - говорит Мустафа Исхак-Бушаки, космолог из Техасского университета в Далласе, который помогал руководить последним анализом DESI. «Уилл Персиваль, космолог из Университета Ватерлоо, Онтарио, и представитель коллаборации DESI, выразил волнение по поводу того, что ждет нас впереди. «Это действительно небольшой толчок в развитии этой области», - сказал он. «В 1950-х годах астрономы утверждали, что для объяснения космологии нужны только два числа: одно - скорость расширения Вселенной, а другое - скорость ее замедления, или насколько замедляется расширение. Ситуация изменилась в 1960-х годах, когда было обнаружено, что Вселенная омывается светом от Большого взрыва, известным как космический микроволновый фон. Измерение этого фонового излучения позволило ученым изучить физику ранней Вселенной и то, как формировались и впоследствии эволюционировали галактики. В результате стандартная модель космологии теперь требует шести параметров, включая плотность обычной и темной материи во Вселенной. «По мере того как космология становилась все более точной, возникали дополнительные противоречия между предсказанными и измеренными значениями этих параметров, что привело к многочисленным теоретическим расширениям стандартной модели. Но последние результаты Атакамского космологического телескопа - самые четкие на сегодняшний день карты космического микроволнового фона - похоже, ставят крест на многих из этих расширений. DESI будет продолжать сбор данных еще как минимум год. Другие телескопы, наземные и космические, строят свои собственные карты космоса, включая Zwicky Transient Facility в Сан-Диего, европейский космический телескоп Euclid и недавно запущенную миссию НАСА SPHEREx. В будущем обсерватория имени Веры К. Рубин начнет записывать изображение телескопа. Обсерватория Рубина начнет записывать движущееся изображение ночного неба из Чили этим летом, а Римский космический телескоп НАСА будет запущен в 2027 г. «Каждый из них будет поглощать свет с неба, измеряя кусочки космоса с разных точек зрения и внося свой вклад в более широкое понимание Вселенной в целом. У каждого из этих наборов данных есть свои сильные стороны, - говорит Алекси Леото, космолог из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и представитель коллаборации DESI. «Вселенная сложна. И мы пытаемся разгадать множество разных вещей». Катрина Миллер и Деннис Овербай