|
Может ли темная энергия изменяться со временем
|
|
|
|
С начала 20-го века ученые собрали убедительные доказательства того, что Вселенная расширяется с ускоряющейся скоростью. Это ускорение объясняется так называемой темной энергией — фундаментальным свойством пространства-времени, которое оказывает отталкивающее воздействие на галактики.
|
|
|
|
На протяжении десятилетий ведущая космологическая модель, известная как лямбда-теория холодной темной материи (лямбда-CDM), предполагала, что темная энергия является постоянной сущностью, неизменной на протяжении всего космического времени. Хотя это простое предположение послужило основой современной космологии, оно оставило без ответа фундаментальный вопрос: что, если темная энергия не постоянна, а является изменяющимся со временем свойством Вселенной?
|
|
|
|
Недавние наблюдения дали некоторые первые намеки на то, что вышеупомянутое предположение может быть неверным. Прибор для спектроскопии темной энергии (DESI), сложный эксперимент для проведения астрономических исследований далеких галактик, получил данные, свидетельствующие о предпочтении динамического компонента темной энергии (DDE).
|
|
|
|
Это открытие представляет собой значительное отклонение от стандартной модели лямбда-CDM. Хотя это открытие подразумевает более богатую и сложную историю Вселенной, оно также подчеркивает важный пробел в знаниях: наше понимание того, как изменяющийся во времени компонент темной энергии может влиять на рост и эволюцию крупномасштабных структур во Вселенной, остается очень ограниченным.
|
|
|
|
|
|
|
На этом фоне исследовательская группа под руководством доцента Томоаки Исиямы из Совета по совершенствованию цифровой трансформации Университета Тиба, Япония, провела одно из крупнейших и наиболее полных космологических симуляций на сегодняшний день. Исследование было проведено в соавторстве Франсиско Прада из Института астрофизики Андалусии, Испания, и Анатолием А. Клыпиным из Университета штата Нью-Мексико, США, и опубликовано в журнале Physical Review D 4 августа 2025 года. Вместе исследователи проанализировали, как изменяющаяся во времени темная энергия будет формировать космос, и предоставили важную информацию для интерпретации данных наблюдений.
|
|
|
|
Используя флагманский японский суперкомпьютер Fugaku, команда провела три различных моделирования N-тел с высоким разрешением, объем каждого из которых в восемь раз превышал объем предыдущих исследований подобного рода. Одно моделирование моделировало стандартную лямбда-CDM-вселенную Planck-2018, в то время как два других включали элемент DDE.
|
|
|
|
Сравнивая модель DDE с фиксированными космологическими параметрами со стандартной моделью лямбда-CDM, они смогли выделить влияние самой изменяющейся во времени составляющей темной энергии. Затем они смоделировали третью модель, которая включала наиболее подходящие параметры DDE, полученные из наблюдений DESI за 1 год, что позволило им увидеть полное влияние DDE на обновленную космологическую модель.
|
|
|
|
Результаты показывают, что влияние одного только компонента DDE на удивление невелико. Однако, когда они скорректировали космологические параметры в последней модели DDE на основе данных DESI (а именно, увеличили плотность вещества на 10%), влияние на структуру Вселенной стало гораздо более выраженным. Это происходит потому, что более высокая плотность материи создает более сильные гравитационные силы, что приводит к более раннему и эффективному формированию массивных скоплений галактик, которые являются космическими "лесами", на которых расположены галактики и их скопления. Модель DDE, разработанная DESI, предсказывала увеличение массы скоплений галактик на 70% в ранние эпохи существования Вселенной.
|
|
|
|
Исследовательская группа также проанализировала барионные акустические колебания (BAO) - космологический след, оставленный древними звуковыми волнами, который теперь используется в качестве космической линейки для измерения космических расстояний с помощью таких исследований галактик, как DESI. Их моделирование показало, что пик BAO в модели DDE, полученной на основе DESI, сместился на 3,71% в сторону меньших масштабов. Этот результат моделирования полностью соответствовал фактическим наблюдениям DESI, что подтверждает правильность модели и ее прогностическую силу.
|
|
|
|
Более того, исследователи изучили, как галактики распределены и группируются по всей Вселенной. Полная модель DDE, разработанная на основе DESI, продемонстрировала значительные и измеримые различия в кластеризации по сравнению с другими моделями. Более конкретно, более высокая плотность вещества привела к более сильному сигналу кластеризации, особенно в меньших масштабах. Тщательно изучив закономерности кластеризации, исследователи подтвердили, что предсказания модели DDE совпадают с данными наблюдений DESI.
|
|
|
|
Взятые вместе, результаты исследования дают ключевую информацию о масштабах воздействия ДДЭ. "Наши масштабные расчеты показывают, что изменения космологических параметров, в частности плотности вещества во Вселенной, оказывают большее влияние на формирование структуры, чем только компонент DDE", - объясняет доктор Ишияма.
|
|
|
|
Поскольку ожидается, что предстоящие исследования позволят получить еще более точные измерения, это исследование будет иметь решающее значение для понимания эволюции нашей Вселенной. "Ожидается, что в ближайшем будущем крупномасштабные исследования галактик с помощью спектрографа Subaru Prime Focus и DESI значительно улучшат измерения космологических параметров. Это исследование обеспечивает теоретическую основу для интерпретации таких новых данных", - заключает доктор Исияма.
|
|
|
|
Источник
|
