Дополнительная доза темной энергии в ранней вселенной, названная ранней темной энергией, могла бы примирить противоречивые значения константы Хаббла. Внешнее давление этой ранней темной энергии ускорило бы расширение вселенной. "Коварная часть заключается в том, что ранняя темная энергия не может остаться; она должна быстро уйти", - сказала Лиза Рэндалл, физик-частиц и космолог из Гарварда.
Рэндалл и ее коллеги разработали то, что они называют "рок-н-ролльными" решениями напряжения Хаббла в статье, представленной в "Журнале физики высоких энергий". Каждое из этих дополнений к стандартной модели принимает различную математическую форму - в одних плотность колебаний темной энергии или горных пород, в других она скатывается с высокого значения к нулю. Но во всех случаях, ранняя темная энергия должна исчезнуть через несколько сотен тысяч лет, в эпоху, известную как рекомбинация. "История Вселенной с момента рекомбинации вполне соответствует стандартной модели", - сказал Камионковский, соавтор статьи о ранней темной энергии, опубликованной в Physical Review Letters в июне 2019 года.
Наряду с ранней темной энергией, теоретики выдвинули и другие экзотические формы темной энергии, такие как квинтэссенция и фантомная темная энергия, которые также меняются по мере старения Вселенной. В то время как эти расширения стандартной модели снимают напряжение Хаббла, они рассматриваются многими космологами как точные математические дополнения, которые не имеют четкого обоснования.
Но Камионковский говорит, что новые формы темной энергии кажутся менее придуманными, если рассматривать их наряду с другими периодами расширения Вселенной. Например, большинство космологов считают, что в начале Большого взрыва космос расширялся в геометрической прогрессии в период, известный как инфляция, которая была обусловлена иным видом темной энергии, нежели та, которая существует сегодня. Считается, что такие периоды с преобладанием темной энергии "случаются время от времени на протяжении всей истории Вселенной", - сказал Камионковский.
Модифицированная гравитация
В стандартной модели космологии все известные формы материи и излучения, а также темная материя и темная энергия подаются в теорию гравитации Альберта Эйнштейна, а уравнения Эйнштейна показывают, как в результате расширяется космос. Это означает, что, помимо изменения или добавления космических ингредиентов в модель, есть еще один способ, с помощью которого физики могут примирить ее с наблюдаемой скоростью космического разложения.
"Удивительно, что даже с этой информацией, все еще очень трудно приспособить несоответствие", говорит Лиза Рэндалл.
Уильям Баркер, докторант Кембриджского университета, искал теорию "модифицированной гравитации" в июне 2019 года, когда он наткнулся на способ разрешить напряжение Хаббла. Баркер нашел модифицированную модель гравитации, которая была "способна вести себя так, как если бы в ранней вселенной было дополнительное излучение", сказал он; радиационное давление увеличило бы скорость космического расширения.
Но в статье, представленном в "Физическом обзоре" в марте 2020 года, Баркер и три соавтора признают, что необходим гораздо больший анализ, чтобы понять, сможет ли модель описать не только то, как расширяется Вселенная, но и то, как развиваются такие структуры, как галактики и кластеры.
Подождите и посмотрите
"Удивительно то, что даже с этими специальными дополнениями все равно очень трудно учесть несоответствие" , - сказала Рэндалл о предложениях.
Даже при наличии дополнительной свободы большинство нестандартных моделей только снижают напряжение Хаббла, но не устраняют его. Они предсказывают более высокую скорость космического расширения, чем стандартная модель, но она все еще не достаточно быстра, чтобы соответствовать наблюдениям за сверхновыми и другими астрономическими объектами.
В ближайшие годы телескоп "Евклид" и другие специалисты тщательно определят, как гравитация и темная энергия формировали космическую эволюцию. Тем временем гравитационные волны, излучаемые при столкновении нейтронных звезд, предлагают новый способ измерения константы Хаббла. Новые данные исключат некоторые из этих новых решений для напряжения Хаббла, но могут появиться новые трещины в стандартной модели. Пока многие космологи не желают усложнять модель, когда она так хорошо работает. "Есть ощущение необходимости подождать и посмотреть, если только у кого-то нет действительно хорошей идеи", - сказала Рэндалл.
Она добавила, что даже если напряжение Хаббла окажется не более чем накоплением ошибок, этот поиск новой физики может оказаться не напрасным.
"Интересные результаты иногда приходят от вещей, которые в конце концов исчезают", - сказала Рэндалл. "Это заставляет задуматься: что мы знаем? И как сильно мы можем что-то изменить?"