|
Растущее число свидетельств эволюции темной энергии
|
|
|
|
Рождение, рост и будущее нашей Вселенной бесконечно интересны. В последние десятилетия телескопы получили возможность наблюдать за небом с беспрецедентной точностью и чувствительностью.
|
|
|
|
Наша исследовательская группа на телескопе "Южный полюс" изучает, как развивалась Вселенная и как она менялась с течением времени. Мы только что опубликовали результаты двухлетней работы по составлению карты зарождающейся Вселенной, охватывающей 1/25 часть неба.
|
|
|
|
Эти наблюдения позволили нам лучше понять природу темной энергии и скорость, с которой расширяется Вселенная.
|
|
|
|
Какова текущая теория о том, как возникла наша вселенная?
|
|
|
|
Наша текущая модель ранней Вселенной известна как "горячий большой взрыв".
|
|
|
|
Она описывает первую стадию развития нашей Вселенной как изначальный огненный шар, состоящий из очень горячей плазмы, очень похожий на наше солнце.
|
|
|
|
Большой взрыв начался около 13,8 миллиардов лет назад, когда явление, известное как космическая инфляция, привело к тому, что Вселенная на долю секунды расширилась со скоростью, превышающей скорость света.
|
|
|
|
|
|
|
По мере того как Вселенная расширялась и охлаждалась после раздувания, обычная материя (та, которую мы можем видеть и с которой взаимодействуем) выглядела очень похожей на наше солнце - перегретую плазму, состоящую из фотонов, электронов и ионизированных (или заряженных) ядер водорода и гелия.
|
|
|
|
Современные телескопы могут обнаружить слабое излучение, возникшее через 400 000 лет после Большого взрыва, известное как космический микроволновый фон (CMB). Реликтовое излучение - это моментальный снимок плазмы и условий в то время, когда температура плазмы остыла примерно вдвое ниже солнечной.
|
|
|
|
Это охлаждение позволило плазме рекомбинировать, образовав атомы, подобные водороду и гелию. Во времена реликтового излучения Вселенная была почти идеально однородной, и плотность по всему небосводу изменялась лишь в 1/100 000 раз.
|
|
|
|
Наша текущая теория предсказывает, что темная материя коллапсирует, образуя плотные области, которые притягивают близлежащую обычную материю. Газ в этих плотных областях затем охлаждается и коллапсирует, образуя галактики и звезды, которые мы видим сегодня.
|
|
|
|
Вместе эти этапы составляют наилучшую на сегодняшний день модель формирования космоса, известную как лямбда-холодная темная материя или лямбда-модель CDM.
|
|
Что такое темная энергия и почему она так важна?
|
|
|
|
Если бы Вселенная состояла только из обычной и темной материи, мы бы ожидали, что гравитационное притяжение всей массы Вселенной замедлит расширение Вселенной точно так же, как если бы вы подбросили мяч вверх, гравитация Земли притянула бы его обратно вниз.
|
|
|
|
Однако в 1998 году астрономы, измерявшие расстояние до далеких сверхновых, обнаружили, что расширение стало ускоряться, а не замедляться.
|
|
|
|
Чтобы объяснить это, ученые обратились к темной энергии, неизвестному веществу, которое, в отличие от материи, гравитационно отталкивает, а не притягивает, раздвигая вселенную почти как "антигравитация". Простейшая версия темной энергии - это оригинальная идея Эйнштейна о космологической постоянной, как способе уравновесить действие гравитации в его общей теории относительности.
|
|
|
|
Сегодня таинственная темная энергия составляет почти 70% Вселенной. И хотя мы не можем наблюдать темную энергию напрямую, она определяет, как расширяется наша Вселенная и ее возможную судьбу.
|
|
Каковы новые наблюдения?
|
|
|
|
Телескоп "Южный полюс" - это 10-метровый телескоп с 16 000 детекторами, чувствительными к свету миллиметрового диапазона, расположенный на станции "Южный полюс" Амундсена-Скотта в Антарктиде.
|
|
|
|
Наша международная команда в течение двух лет собирала данные с помощью основного прибора.
|
|
|
|
Мы проанализировали эти данные, которые охватывают 1/25 часть неба, чтобы провести точные измерения температуры и поляризации, вызванные распределением вещества в космическом микроволновом фоновом режиме ранней Вселенной.
|
|
|
|
Мы объединили карты ранней Вселенной, полученные с помощью телескопа на Южном полюсе, с наблюдениями за трехмерным распределением галактик, сделанными ранее коллаборацией Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).
|
|
|
|
То, что мы увидели в экспериментах DESI и что теперь подтверждается наблюдениями с телескопа на Южном полюсе, - это то, что темная энергия со временем становится слабее, или эволюционирует во времени. Ускорение расширения Вселенной темной энергией может прекратиться в далеком будущем.
|
|
|
|
Результаты теперь доступны для ознакомления и отправлены на экспертную оценку.
|
|
Почему теория Вселенной может нуждаться в обновлении?
|
|
|
|
Новые измерения с помощью телескопа на Южном полюсе позволяют более точно определить границы наших космологических моделей. В частности, эти данные уточняют наши измерения масштаба звукового горизонта 13,8 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
Ранее золотым стандартом для измерений космического микроволнового фона служили данные спутника Planck, полученные десять лет назад.
|
|
|
|
Улучшенные измерения с помощью телескопа на Южном полюсе в сочетании с экспериментом DESI и другими наборами данных CMB снижают вероятность существования космологической постоянной и повышают предпочтение эволюционирующих во времени моделей темной энергии.
|
|
|
|
Значение этого еще больше возрастает, когда добавляются наблюдения за сверхновыми.
|
|
Итак, ошибочна ли теория относительности Эйнштейна или ее просто нужно подправить?
|
|
|
|
Когда Эйнштейн впервые сформулировал свою теорию относительности в начале 1900-х годов, преобладающей моделью была статичная вселенная, в отличие от современной расширяющейся Вселенной.
|
|
|
|
Чтобы предотвратить гравитационный коллапс и допустить существование вечной статичной вселенной, Эйнштейн добавил к своей теории отталкивающий термин, названный "космологической постоянной". Позже Эйнштейн отказался от этого утверждения после открытия Эдвином Хабблом в 1929 году того факта, что Вселенная расширяется.
|
|
|
|
Спустя три десятилетия после его смерти астрономы, наблюдавшие за вспышками сверхновых, обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Простейшим объяснением этого ускорения было восстановление космологической постоянной Эйнштейна как силы отталкивания.
|
|
|
|
До недавнего времени наши наблюдения за Вселенной можно было полностью объяснить космологической постоянной.
|
|
|
|
Если текущие намеки на то, что темная энергия ослабевает, подтвердятся дальнейшими исследованиями, это будет означать, что нам нужно выйти за рамки космологической постоянной, будь то изменение общей теории относительности или включение эволюционирующей во времени темной энергии.
|
|
Когда мы узнаем, нужна ли нам новая теория?
|
|
|
|
Трудно сказать! Существующие доказательства эволюции темной энергии все еще не соответствуют золотому стандарту, который составляет менее 1 шанса из 3,5 миллионов оказаться ложным (также известный как 5 сигма).
|
|
|
|
Сотрудничество DESI планирует модернизировать прибор DESI-2 после текущего исследования и в конечном итоге планирует провести гораздо более масштабный эксперимент по спектроскопии Spec-S5.
|
|
|
|
Мы можем с нетерпением ожидать установки модернизированного приемника на телескопе Южного полюса в 2028 году, а также будущих результатов обсерватории Саймонса (начало обзорных наблюдений запланировано на конец этого года) и эксперимента CMB-S4 в 2030-х годах.
|
|
|
|
Когда-нибудь на этом пути, мы надеемся, у нас будет достаточно доказательств, чтобы окончательно сказать, действительно ли ускоряющееся расширение Вселенной теряет обороты.
|
|
|
|
Источник
|
