Результаты недавних измерений намекают на то, что Вселенная расширяется не так, как мы думали, и это вероятно можно связать с пока еще гипотетическим темным излучением.
Фрагмент самой большой на сегодняшний день 3D-карты нашей Вселенной/ DESI collaboration / laire Lamman/
Есть основания полагать, что Вселенная ведет себя не так, как считалось ранее, и астрофизики пытаются найти объяснение этому. Среди возможных гипотез - возможное взаимодействие темной материи и темной энергии, а также доводы в пользу существования странного «темного излучения», которое по своей природе похоже на обычный свет, но невидимо.
В апреле исследователи, используя спектроскопический прибор Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) в Аризоне, составили самую большую на сегодняшний день 3D-карту нашей Вселенной, и она намекнула, что мы, возможно, ошибались насчет темной энергии - таинственной силы вызывающей ускоренное расширение Вселенной. Это открытие противоречит стандартной космологической модели.
Считается, что темная энергия занимает около 70 процентов космического пространства, поэтому если ее поведение действительно меняется с течением времени, это может иметь огромные последствия для точного понимания Вселенной.
С тех пор как появились результаты исследования DESI, исследователи по всему миру пытаются объяснить очевидные изменения в скорости расширения Вселенной. Темная энергия не поддается непосредственному наблюдению, но ее существование обусловлено странными гравитационными эффектами, которые она оказывает на материю и распределение пространства. «Существует много способов потенциального решения этой проблемы - даже слишком», - говорит Мигель Сабогал Гарсия из Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии. «И у каждого из них есть свои преимущества».
Одно из решений, предложенных Гарсией и его коллегами, заключается в том, чтобы заставить темную энергию взаимодействовать с темной материей - гипотетической формой материи, которую мы не можем увидеть и которая гораздо более распространена, чем обычное барионное вещество.
Такое взаимодействие не укладывается в рамки классической стандартной модели. Но если бы энергия действительно могла «перетекать» из темной материи Вселенной в темную энергию - по сути, преобразуя первую во вторую, - то, как показало моделирование исследователей, это совпало бы с результатами измерений DESI. Однако механизм подобного переноса энергии пока не понятен.
Одним из позитивных моментов этой гипотезы является то, что она может помочь разрешить давний космический парадокс, называемый "напряжением Хаббла". Это противоречие возникает из-за слишком большого расхождения значений скорости расширения космоса, измеренных различными способами.
Метод, основанный на измерении расстояний до сверхновых типа Ia показывает, что скорость расширения, или постоянная Хаббла, несколько выше, чем при анализе реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва, и называемого также «космическим микроволновым фоном» (CMB). Однако для измерений CMB требуется использовать теоретическую модель космоса, чтобы экстраполировать "результаты в прошлое" к моменту Большого взрыва.
Невидимое «темное излучение» может объяснить проблему темной энергии, считают ученые (ESO/VVV Survey/D. Minnitil).
Гарсия, считает, что взаимосвязь темной материи и темной может потребовать пересмотра классической стандартной модели. Это позволило бы привести измерения постоянной Хаббла методом CMB в соответствие с "локальными" измерениями выполненным с помощью анализа светимости далеких источников. Недавние наблюдения также показали, что "локальное" измерение может быть несколько ниже, чем считали космологи, так что предложенный Гарсией подход может стать важным шагом на пути к решению проблемы "напряжения Хаббла".
Однако взаимодействующая темная энергия - не единственный способ — это сделать. Итамар Аллали из Брауновского университета в Род-Айленде и его команда предложили другой способ объяснить необычные данные DESI и в то же время «расслабить» напряжение Хаббла - темное излучение.
Обычное излучение, состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами. Темное излучение должно выглядеть примерно так же. Только темные фотоны, из которых оно состоит, невидимы и слабо взаимодействуют с обычной материей.
«Полученные данные не исключают существование темного излучения, как это считалось ранее – и мы даже видим некоторые признаки в пользу этой гипотезы", - говорит Аллали. «Если у вас в ранней Вселенной было больше излучения, то и расширение происходило быстрее. Таким образом, в ранней Вселенной могли происходить процессы, которые исследователи DESI отнесли к вероятному изменению объема темной энергии».
Пока еще лишь теоретически, темное излучение может быть более простым способом решения проблемы, чем аргументы в пользу изменения поведения темной энергии.
Пока еще лишь теоретически, темное излучение может быть более простым способом решения проблемы, чем аргументы в пользу изменения поведения темной энергии. «Если бы подобные модификации темной энергии подтвердились, они могли "поломать" законы физики», - говорит Алессио Нотари из Университета Барселоны (Испания), член команды Аллали. «То, что мы сделали, гораздо более консервативно. Это просто дополнительный ингредиент, похожий на то, что мы уже наблюдаем, - и никакой экзотики».
На данный момент обе модели, так или иначе, согласуются с данными DESI. И почти наверняка в ближайшее время их число возрастет. «Проверять на практике свою самую экзотическую модель всегда очень интересно. Полученные результаты допускают существование множества различных гипотез, хорошо согласующихся с полученными данными», - говорит Алкистис Поурциду из Эдинбургского университета (Великобритания). «Однако, кроме [текущей стандартной модели космологии], ни одна другая модель темной энергии не выдерживает никакой критики с точки зрения фундаментальной физики».
Туманность Улитка - планетарная туманность в созвездии Водолея
Стандартная модель отлично согласуется с результатами большинства наблюдений нашей Вселенной, поэтому многие исследователи считают, что, видимо, еще не пришло время ее модифицировать. «По большому счету, нам нужно получить от DESI и других космологических исследований гораздо больше данных, чтобы вынести окончательный вердикт стандартной космологической модели, - говорит Шахаб Джудаки из Портсмутского университета (Великобритания). «Но весьма вероятно, что эти данные появятся уже через несколько месяцев или лет».
