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 расширяется не равномерно, а 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 данные, полученные в рамках проекта DESI, внесли значительную лепту в уже бурную дискуссию: 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) были обнаружены эти «отпечатки» звуковых волн, возникших в ранней Вселенной. Они служат своеобразной «космической линейкой», дающей возможность детально реконструировать историю расширения Вселенной.
На основе анализа данных, полученных в рамках проекта DR2, и наблюдений за реликтовым излучением, Слава Турышев из Калифорнийского технологического института (США) сравнил полученные результаты и обнаружил небольшое расхождение, составляющее около двух-трех сигм (σ). При этом, допустив возможность изменения параметров темной энергии, качество соответствия данных модели улучшится. В таких сценариях темная энергия могла проявлять себя иным образом, чем в настоящее время.
Этот эффект, тем не менее, зависит от особенностей обработки информации. Обычно используемые в космологии «свечи» — сверхновые типа Ia — позволяют определить лишь относительные расстояния. Даже незначительные систематические погрешности, составляющие доли звездной величины, могут существенно повлиять на расчет 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 ясно определяет обстоятельства, в которых можно будет утверждать о фактической трансформации темной энергии.
В случае, если будущие публикации DESI и альтернативные подходы, такие как слабое гравитационное линзирование и наблюдения гравитационных волн, подтвердят наличие расхождений, космологам может потребоваться пересмотр существующих взглядов на ускоренное расширение Вселенной. Но если сигнал ослабнет при более детальном анализе данных, это станет значимым доказательством «стабильности» модели ΛCDM.