Астрофизик прояснил причины странностей в данных о темной энергии, полученных при изучении сверхновых

Новости МирТесен

На протяжении многих лет стандартная космологическая модель успешно объясняла расширение Вселенной. Тем не менее, результаты наблюдений, полученные с помощью прибора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), могут потребовать внесения в нее неожиданных корректировок: в новом исследовании показано, что темная энергия со временем может изменяться. Этот вывод, скорее всего, связан с погрешностями калибровки и поддерживает дискуссию о необходимости расширения существующей модели.

В конце 1990-х годов исследователи сделали открытие, что Вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением, наблюдая сверхновые типа Ia. Впоследствии открытие удостоилось Нобелевской премии. Общая теория относительности, однако, предсказывает, что при наличии обычной материи и излучения расширение должно замедляться под действием гравитации.

Для объяснения подобного расширения Вселенной в Стандартную модель ΛCDM включили понятие темной энергии, характеризуемое космологической постоянной лямбда (Λ). Она выступает в роли своеобразной силы, противоположной гравитации, и способствует увеличению скорости удаления галактик. Однако природа темной энергии до сих пор не установлена, и различные методы измерения постоянной Хаббла дают несовпадающие результаты, создавая серьезное напряжение внутри модели.

Новые сведения, полученные в рамках проекта DESI, разожгли уже бурную полемику: во втором выпуске данных (DR2) астрономы представили результаты измерений барионных акустических колебаний, в пределах красных смещений от z ≈ 0 до 2,5 (что соответствует расстояниям от нуля до 17 миллиардов световых лет) обнаружены эти «отпечатки» звуковых волн, возникших в ранней Вселенной. Они служат своеобразной «космической линейкой», с помощью которой можно с высокой точностью реконструировать историю расширения Вселенной.

На основании анализа данных, полученных с помощью DR2, и наблюдений за реликтовым излучением, Слава Турышев из Калифорнийского технологического института (США) сравнил полученные результаты и обнаружил небольшое несоответствие, составляющее около двух-трех сигм (σ). При условии, что темная энергия обладает способностью к изменению в соответствии с заданными параметрами, качество соответствия данных модели улучшается. В таких гипотетических сценариях темная энергия могла проявлять себя иным образом, чем в настоящее время.

Данный эффект, тем не менее, зависит от нюансов обработки информации. Традиционно используемые в космологии «свечи» — сверхновые типа Ia — позволяют измерять относительные расстояния. Даже незначительные систематические ошибки, составляющие несколько сотых звездной величины, могут существенно повлиять на оценку параметров.

В работе, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, показано, как именно ошибки калибровки могут приводить к кажущемуся сигналу эволюции темной энергии. Чтобы отделить влияние физики ранней Вселенной от поздней динамики, ученый использовал специальный диагностический параметр — отношение поперечного и радиального масштабов барионных акустических колебаний.

Используемый метод позволил установить, обусловлены ли выявленные расхождения особенностями «поздней» физики или же являются следствием изменений в различных условиях, воздействующих на процесс калибровки. На текущий момент имеющиеся независимые наборы данных в основном соответствуют прогнозам лямбда-модели с учетом погрешности измерений.

Новое исследование не опровергает Стандартную модель, однако оно конкретизирует условия, необходимые для понимания возможной трансформации темной энергии.

В случае, если будущие версии DESI и альтернативные подходы, такие как слабое гравитационное линзирование и наблюдения гравитационных волн, подтвердят расхождения, космологам может потребоваться пересмотр текущих взглядов на ускоренное расширение Вселенной. Но если при более тщательном анализе данных сигнал ослабнет, это открытие станет значимым доказательством «стабильности» модели ΛCDM.