Тёмная энергия может оказаться ещё более странной, чем мы думали

Самое загадочное явление во Вселенной может вскоре преподнести нам новый сюрприз.

Нужно обладать изрядной самоуверенностью, чтобы назвать новый проект «Спектроскопический инструмент для исследования тёмной энергии» (DESI). В конце концов, тёмная энергия совершенно невидима – она не испускает света, который можно было бы собрать и проанализировать с помощью спектрографа. На самом деле, её вообще никогда не видели – она ускользала от всех наших попыток запечатлеть её даже с помощью самых современных телескопов и детекторов.

Насколько нам известно, тёмная энергия – это нечто неощутимое, совершенно равномерно распределённое в пространстве и никак не взаимодействующее ни с материей, ни со светом. Её единственная функция, осуществляемая с помощью какого-то неизвестного механизма, – заставлять пространство расширяться всё быстрее. Как же в таком случае недавняя публикация первых данных DESI, как и было обещано, переворачивает наше представление о тёмной энергии?

Есть всего несколько косвенных способов изучать нечто столь же неуловимое, как тёмная энергия. Поскольку всё, что делает тёмная энергия, – это растягивает пространство-время, проверка различных теорий о её природе включает в себя изучение того, как это растяжение происходило на протяжении космической истории. Один из методов – составление карты истории расширения Вселенной; другой – изучение того, как быстро материя собиралась в галактики и скопления в разные периоды нашего космического прошлого.

Измерение скорости расширения Вселенной обычно основывается на создании чрезвычайно точных трёхмерных карт материи в космосе; картировании множества далёких галактик, квазаров (яркого излучения из окрестностей сверхмассивных чёрных дыр) или межгалактического газа, а также сборе информации о движении каждого объекта. Вот где на помощь приходит спектроскопия.

Анализируя спектр света, мы можем увидеть, насколько он растянулся по мере того, как источник удаляется от нас из-за космического расширения. Сопоставление измеренной скорости расширения с точным физическим расстоянием может дать нам бесценную информацию об эволюции нашего космоса (а также несколько действительно классных карт).

Недавно опубликованные данные моделирования DESI произвели фурор, намекнув, что у тёмной энергии может быть более сложная история, чем мы обычно предполагаем. Если эти намёки подтвердятся, они могут изменить наше представление не только об истории Вселенной, но и о нашей конечной космической судьбе.



Модель согласования космологии – это наша текущая лучшая рабочая модель Вселенной и её составляющих. В этой модели тёмная энергия – это космологическая постоянная: неотъемлемое свойство пространства-времени, однородное и неизменное, которое, по сути, просто добавляет немного «растяжимости» в каждый кусочек пространства.

Если тёмная энергия – это космологическая постоянная, то наблюдаемая плотность тёмной энергии всегда остаётся неизменной с течением времени. В отличие от материи, которая «разбавляется» по мере того, как пространство, в котором она находится, расширяется, увеличение пространства просто означает увеличение количества космологической постоянной, содержащейся в этом пространстве.

Если бы тёмная энергия была чем-то динамичным, то есть её плотность или поведение менялись бы с течением времени, это изменение проявилось бы в детальных измерениях истории расширения. DESI и другие исследования, как правило, сообщают о своих результатах по тёмной энергии в терминах так называемого параметра «уравнения состояния», обозначаемого буквой w. Если тёмная энергия – это космологическая постоянная, мы ожидаем увидеть w = –1, ровно, для всех времен. Если w отличается от –1 или если кажется, что он увеличивается или уменьшается, тёмная энергия должна быть чем-то другим.

Результаты DESI представляют собой интригующую загадку. Если предположить, что w постоянен, значение –1 прекрасно соответствует результатам. Но когда анализ был изменён, чтобы учесть возможность изменения w, новые данные DESI выглядят иначе. В сочетании с другими наборами данных, полученных в ходе наблюдений сверхновых, они как будто предполагают, что изменяющееся w, которое было ниже в прошлом и будет выше в будущем, лучше всего соответствует данным.

Что это будет означать для нашего космоса – неясно. Для постоянного w всё, что меньше –1, называется «фантомной тёмной энергией», и это зловещее название вполне заслужено: оно подразумевает далёкое будущее, в котором тёмная энергия может буквально разорвать на части галактики, звёздные системы, звёзды и даже саму Вселенную. Фантомная тёмная энергия не нравится теоретикам, поскольку она, по-видимому, нарушает некоторые действительно важные фундаментальные принципы, которые, как мы думаем, вероятно, действуют в космосе.

Хотя новые результаты предполагают движение в сторону от фантомного режима, они, по-видимому, подразумевают, что эти принципы могли быть нарушены когда-то в космическом прошлом, что вызовет у многих теоретиков головную боль.

Если w действительно увеличивается, это может означать, что тёмная энергия со временем становится менее важной. Это может изменить наше космическое будущее тонкими, но интересными способами, возможно, приведя к тому, что расширение Вселенной больше не будет ускоряться (хотя, вероятно, не позволит расширению полностью обратить вспять или остановить).

Результаты DESI – это пока ещё только намёки, которые могут исчезнуть в будущих исследованиях. Тем не менее, возможно, что тёмная энергия просто нашла новый способ удивить нас.

Доктор Кэти Мак — астрофизик-теоретик, изучающий ряд вопросов космологии, изучения Вселенной от начала до конца.

https://etm-club.site/tyomnaya-energiya-mozhet-okazatsya-eshhyo-bolee/