Современная космология считает, что гравитация темной и обычной материи приводит к тому, что галактики притягиваются друг к другу и создают огромные космические структуры. В то же время пустое пространство между этими структурами постоянно расширяется. Недавно астрофизики изучали крупные галактические скопления, чтобы увидеть это на практике. Полученные результаты не совпали с теоретическими ожиданиями ученых.
Последние несколько десятилетий астрофизики руководствуются стандартной космологической моделью, разработанной теоретиками, которая до недавнего времени была самой точной версией устройства и развития Вселенной. Эта модель описывает картину, где примерно 70 процентов массы-энергии Вселенной составляют темная энергия, еще 20-25 процентов — темная материя, а всё обычное вещество (галактики, звезды, планеты и т.д.) лишь четыре процента.
Темная энергия — гипотетическая неизвестная сила, заставляющая пустое пространство Вселенной расширяться с возрастающей скоростью. Темная материя — предположительное вещество, взаимодействующее с известным нам веществом только гравитационно, притягивая его своей огромной массой и никак иначе себя не проявляя. Таким образом, существуют две противоположные силы: гравитация, собирающая вещество в скопления, и нечто вроде антигравитации, расширяющей пространство-время между этими скоплениями.
Стандартная модель описывает развитие и изменение всего со временем. Она предполагает, что под воздействием темной материи обычная сначала образовала звезды и галактики, а затем те стали собираться в все более крупные структуры, в конце концов сформировав невообразимые нити вселенской «паутины». Ученые объясняют, что так должна работать холодная темная материя: медленно движущиеся частицы.
Много лет назад этой теории противостояла версия «горячей» темной материи, предполагавшая обратный порядок эволюции вещества во Вселенной: сначала сверхскопления, а затем их постепенное разделение на более мелкие структуры.
Расширение Вселенной продолжает удивлять ученых благодаря действию темной энергии. Измерения скорости расширения применяли двумя различными способами с получением разных результатов. По свету ярких переменных звезд цефеид и вспышкам сверхновых вычислили, что при расстоянии между объектами 3,26 миллиона световых лет объекты удаляются друг от друга со скоростью 73 километра в секунду. Удваивая расстояние, скорость раздвигается вдвое и так далее.
Аналогичные измерения проводились по реликтовому излучению, слабому электромагнитному «эху» Большого взрыва. Полученные данные показали скорость расширения в 68 километров на секунду на мегапарсек расстояния, а не 73, как считалось ранее. Это может свидетельствовать о том, что в начале истории Вселенной она расширялась с другой скоростью. Разницу назвали напряженностью Хаббла и попытались объяснить изменением свойств темной энергии со временем, возможно, из-за взаимодействия с темной материей. В результате появилась гипотеза динамической темной энергии.
Недавно американские астрофизики проверили эту теорию на примере больших галактических структур, находящихся неподалёку от Земли. Physical Review Letters (доступнаУчёным удалось выяснить движение выбранных галактик относительно Земли и друг друга, что позволяет понять рост и развитие их скоплений.
Исследователи наблюдают «подавляемый» рост крупных галактических структур, который идет слишком медленно для объяснения влиянием динамической темной энергии. В этом случае напряженность Хаббла не находит объяснения с помощью изменяющейся темной энергии, и загвоздка в стандартной космологической модели сохраняется. Астрофизики предполагают, что разрешение этой вселенской головоломки может потребовать фундаментально другой теории.