Наблюдая за светом от далеких взрывающихся звезд, называемых сверхновыми, в 1998 году астрономы обнаружили, что Вселенная не просто расширяется — ее расширение ускоряется. Но что стоит за этим ускорением?
Рассмотрим темную энергию. Это одна из самых обсуждаемых и интригующих загадок современной физики — загадочная форма энергии, которая, как считается, равномерно пронизывает все пространство. Согласно наиболее общепринятой на сегодняшний день модели современной космологии, темная энергия является движущей силой ускоренного расширения Вселенной.
Но что, если есть другое объяснение, не связанное с темной энергией? Недавнее исследование, в котором использовались данные о вспышках сверхновых, указывает на то, что такое объяснение действительно может быть, и называется оно "Модель временного пространства".
Это открытие может серьезно изменить наше понимание космоса, поэтому давайте углубимся в него.
Что такое темная энергия?
Основой современной космологии является модель лямбда-холодной темной материи (Lambda-CDM). Она описывает вселенную, в которой темная энергия, обозначаемая греческой буквой Лямбда, является движущим механизмом ускоряющегося расширения Вселенной.
Согласно этой модели, галактики танцуют вместе под действием невидимой паутины темной материи, состоящей из тяжелых частиц, которые ни с чем не взаимодействуют. Эффекты этой холодной темной материи можно наблюдать только с помощью гравитации.
На долю темной энергии приходится почти 70% общего энергетического баланса Вселенной, но ее точная природа остается одной из величайших загадок физики.
Некоторые интерпретации предполагают, что темная энергия может быть связана с энергией вакуума, в то время как другие исследования пытались описать ее как новое, эволюционирующее энергетическое поле, распространяющееся в космосе.
А недавнее исследование международной коллаборации DESI, в котором прослеживается расширение Вселенной, указывает на то, что темная энергия со временем может ослабевать.
Также возможно, что наша текущая теория гравитации (общая теория относительности Эйнштейна) является неполной. Возможно, требуется расширение для описания гравитационного взаимодействия в космологических масштабах — на расстояниях от миллионов до миллиардов световых лет.
Что такое модель временного пространства?
Материя — темная материя, газ, галактики, звездные скопления и суперкластеры — распределена по космосу неравномерно.
Но для модели лямбда-CDM мы предполагаем, что Вселенная однородна и изотропна. Это означает, что в космических масштабах распределение материи выглядит плавным и однородным. Любые скопления и разрывы, которые мы можем обнаружить, можно считать незначительными из-за грандиозного масштаба всего этого явления.
Модель Timescape, напротив, учитывает неравномерное распределение материи. Она предполагает, что наша сложная космическая сеть, состоящая из галактик, скоплений, нитей и обширных космических пространств, напрямую влияет на то, как мы интерпретируем расширение Вселенной.
Это означало бы, что Вселенная растягивается неравномерно.
Согласно модели временных пространств, скорость расширения Вселенной различается в разных регионах в зависимости от их плотности.
Ключевым параметром в модели временных пространств является "доля пустот": она количественно определяет долю пространства, занимаемого расширяющимися пустотами.
Гравитация диктует, что пустоты расширяются быстрее, чем более плотные области — в них меньше удерживающего их вещества, что позволяет пространству растягиваться более свободно. Это создает средний эффект, который может имитировать ускоренное расширение, приписываемое темной энергии в Лямбда-CDM.
Короче говоря, модель временных рамок предполагает, что нам может только казаться, что расширение Вселенной ускоряется. Скорость расширения зависит от того, в какой части Вселенной вы находитесь.
Что показало исследование?
Авторы нового исследования изучили одну из крупнейших коллекций сверхновых типа Ia, получившую название Pantheon+ dataset. Эти сверхновые являются надежным стандартом, используемым для проверки космологических моделей.
Команда сравнила две основные модели: стандартную лямбда-CDM (наш "ванильный" рецепт вселенной) и модель Timescape.
Когда мы рассматривали близлежащие яркие сверхновые, модель временной шкалы объясняла ситуацию лучше, чем наша стандартная модель. Хотя это было всего лишь статистическое наблюдение, статистический анализ показал "очень сильное" предпочтение.
Даже когда они исследовали более отдаленные сверхновые, где все должно было быть распределено более равномерно, временная картина все равно была немного лучше, чем в обычной модели.
Вывод? Модель временных пространств, которая фокусируется на том, как космические "сгустки и разрывы" изменяют наше представление о росте Вселенной, могла бы лучше отразить истинную природу расширения нашей Вселенной. Это особенно актуально для близлежащей Вселенной — рядом с нами много пустот и нитей, которые могут повлиять на то, как мы видим расширение.
Насколько убедительны доказательства?
Здесь есть важные оговорки. В анализе не учитываются особые скорости — небольшие случайные движения галактик, которые могут повлиять на измерения сверхновых. Они также не учитывают предвзятость Малмквиста, когда более яркие сверхновые с большей вероятностью будут включены в данные просто потому, что их легче обнаружить.
Эти потенциальные источники ошибок могут негативно сказаться на результатах. Кроме того, в исследовании не использовался последний набор данных о сверхновых DES5yr. Он более последовательный и единообразный в плане сбора данных, чем Pantheon+, что потенциально делает его более надежным для сравнения.
Помимо сверхновых, которые в настоящее время поддерживают модель лямбда-CDM, есть и другие факторы, в первую очередь акустические колебания барионов и гравитационное линзирование. В будущей работе необходимо будет интегрировать их в модель временного пространства.
Но в этом новом исследовании модель временных пространств предлагает интригующую альтернативу лямбда-CDM. Суть в том, что ускорение нашей Вселенной является иллюзией из-за неравномерного распределения материи, когда большие космические пустоты расширяются быстрее, чем более плотные области.
Если это подтвердится, это будет означать революционный сдвиг парадигмы в космологии.
