Наблюдая за светом далеких взрывающихся звезд, называемых сверхновыми, астрономы в 1998 году обнаружили, что Вселенная не просто расширяется – ее расширение ускоряется. Но что стоит за этим ускорением?
Войдите в темную энергию. Это одна из самых противоречивых и увлекательных недостающих частей головоломки в современной физике — загадочная форма энергии, которая, как полагают, равномерно пронизывает все пространство. В наиболее принятой на данный момент модели современной космологии темная энергия является двигателем ускоренного расширения Вселенной.
Но что, если есть другое объяснение, не связанное с темной энергией? Недавнее исследование с использованием данных о сверхновых предполагает, что они действительно могут существовать, и оно называется Моделью Временного ландшафта.
Это открытие может серьезно бросить вызов нашему пониманию космоса, так что давайте углубимся.
Что такое темная энергия?
Основой современной космологии является модель лямбда-холодной темной материи (Lambda-CDM). Оно описывает вселенную, в которой темная энергия, обозначаемая Λ, греческой буквой лямбда, является движущим механизмом ускоренного расширения Вселенной.
В этой модели галактики танцуют вместе под воздействием невидимой сети темной материи, состоящей из тяжелых частиц, ни с чем не взаимодействующих. Эффекты этой холодной темной материи можно наблюдать только через гравитацию.
Темная энергия составляет почти 70% общего энергетического баланса Вселенной, но ее точная природа остается одной из величайших загадок физики.
Некоторые интерпретации предполагают, что темная энергия может быть связана с энергией вакуума, в то время как другие исследования пытались описать ее как новое, развивающееся энергетическое поле, распространяющееся в пространстве.
А недавнее исследование международного сотрудничества DESI, которое отслеживает расширение Вселенной, предполагает, что темная энергия со временем может стать слабее.
Также возможно, что наша нынешняя теория гравитации (общая теория относительности Эйнштейна) неполна. Расширение может потребоваться для описания гравитационного взаимодействия на космологических масштабах — расстояниях порядка миллионов и миллиардов световых лет.
Что такое модель временного ландшафта?
Материя – темная материя, газ, галактики, звездные скопления и сверхскопления – распределена в космосе неравномерно.
Однако в модели Lambda-CDM мы предполагаем, что Вселенная однородна и изотропна. Это означает, что распределение материи кажется гладким и однородным в космическом масштабе. Любые комочки и пробелы, которые мы можем обнаружить, можно считать незначительными из-за размера целого.
Напротив, модель временного ландшафта учитывает неравномерное распределение материи. Это предполагает, что наша сложная космическая сеть, состоящая из галактик, скоплений, нитей и огромных космических полостей, оказывает прямое влияние на то, как мы интерпретируем расширение Вселенной.
Это означало бы, что Вселенная расширяется неравномерно.
Согласно модели Timescape, скорость расширения Вселенной варьируется в разных регионах в зависимости от их плотности.
Ключевым параметром модели Timescape является «доля пустоты»: она количественно определяет долю пространства, занимаемую расширяющимися пустотами.
Гравитация заставляет полости расширяться быстрее, чем более плотные области: в них меньше вещества, сдерживающего их, что позволяет пространству расширяться более свободно. Это создает эффект усреднения, который может имитировать ускоренное расширение, приписываемое темной энергии в лямбда-CDM.
Короче говоря, модель временного ландшафта предполагает, что нам может показаться, что расширение Вселенной ускоряется. Скорость расширения зависит от того, где вы находитесь во Вселенной.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
Что обнаружило исследование?
Авторы нового исследования изучили одну из крупнейших коллекций сверхновых типа Ia, называемую набором данных Pantheon+. Эти сверхновые являются надежным стандартом для проверки космологических моделей.
Команда сравнила две основные модели: стандартную Lambda CDM (наш «ванильный» рецепт вселенной) и модель Timescape.
При взгляде на близлежащие яркие сверхновые модель Timescape объясняла ситуацию лучше, чем наша стандартная модель. Однако это носило лишь статистический характер, поскольку статистический анализ показал «очень сильное» предпочтение.
Даже когда они исследовали более отдаленные сверхновые, где все должно быть распределено более равномерно, Timescape все равно показал себя немного лучше, чем обычная модель.
Вывод? Модель Timescape, которая фокусируется на том, как космические «комки и разрывы» меняют то, как мы видим рост Вселенной, могла бы лучше отразить истинную природу расширения нашей Вселенной. Это особенно верно для близлежащей Вселенной — рядом с нами имеется множество полостей и волокон, которые могут повлиять на то, как мы видим расширение.
Насколько сильны тогда доказательства?
Есть важные предостережения. Анализ не учитывает особые скорости — небольшие случайные движения галактик, которые могут влиять на измерения сверхновых. Они также не принимают во внимание смещение Мальмквиста, согласно которому более яркие сверхновые с большей вероятностью будут включены в данные просто потому, что их легче обнаружить.
Эти потенциальные источники ошибок могут сильно повлиять на ваши результаты. Кроме того, в исследовании не использовался самый последний набор данных о сверхновых за пять лет DES. Сбор данных более последовательный и единообразный, чем у Pantheon+, что делает его потенциально более надежным для сравнения.
Помимо сверхновых, есть и другие вещи, которые в настоящее время поддерживают модель лямбда-CDM, в первую очередь акустические колебания от барионов и гравитационное линзирование. Будущая работа должна будет интегрировать их в модель временного ландшафта.
Но благодаря этому новому исследованию модель Timescape предлагает интересную альтернативу Lambda-CDM. Суть в том, что ускорение нашей Вселенной — это иллюзия, поскольку материя распределена неравномерно, а большие космические полости расширяются быстрее, чем более плотные области.
Если это подтвердится, это будет означать революционный сдвиг парадигмы в космологии.
Информация от: Разговором
