Нове дослідження про наднові стверджує, що темної енергії не існує

Астрофізики пропонують гостроцікаву альтернативу стандартній моделі космології, за якою прискорення розширення нашого Всесвіту є ілюзією через нерівномірний розподіл матерії з великими космічними порожнечами.

Про це розповідається в The Conversation, передають OstanniPodii.com.

Вивчаючи світло від далеких наднових -- зірок, що яскраво вибухають -- у 1998 році астрономи виявили, що Всесвіт не просто розширюється, а його розширення прискорюється. Але що стоїть за цим прискоренням?

Вводимо темну енергію. Це одна з найбільш обговорюваних та гостроцікавих відсутніх частин пазла сучасної фізики -- таємнича форма енергії, яка, як вважають, рівномірно пронизує весь простір. У нинішній найбільш прийнятній моделі сучасної космології темна енергія є рушійною силою прискореного розширення Всесвіту.

Але що, якщо існує інше пояснення, яке не пов′язане з темною енергією? Нещодавнє дослідження з використанням даних від наднових вказує на те, що таке пояснення дійсно може існувати, і воно називається моделлю "Таймскейп" (Timescape). Це відкриття може кардинально вплинути на наше розуміння космосу, тож давайте занурмося у нього.

Що таке темна енергія?

Основою сучасної космології є модель лямбда-холодної темної матерії (Лямбда-ХТМ). Вона описує всесвіт, де темна енергія -- позначається Λ, грецькою літерою Лямбда -- є рушійним механізмом прискореного розширення Всесвіту.

Згідно з цією моделлю, галактики танцюють разом під впливом невидимої павутини темної матерії, що складається з важких частинок, які ні з чим не взаємодіють. Вплив цієї холодної темної матерії можна спостерігати лише через гравітацію.

На темну енергію припадає майже 70% загального енергетичного бюджету Всесвіту, але її точна природа залишається однією з найбільших загадок у фізиці.

Деякі інтерпретації припускають, що темна енергія може бути пов′язана з енергією вакууму, в той час, як інші дослідження намагаються описати її як нове енергетичне поле, що еволюціонує, поширюючись у просторі.

А нещодавнє дослідження міжнародної колаборації DESI, яка простежує розширення Всесвіту, натякнуло, що темна енергія може слабшати з часом.

Також можливо, що наша сучасна теорія гравітації (загальна теорія відносності Ейнштейна) є неповною. Можливо, вона потребує розширення, щоб описати гравітаційну взаємодію на космологічних масштабах -- відстанях від мільйонів до мільярдів світлових років.

Що таке модель Таймскейп?

Матерія -- темна матерія, газ, галактики, зоряні скупчення й суперскупчення -- нерівномірно розподілена по космосу.

Але в моделі Лямбда-ХТМ ми припускаємо, що всесвіт однорідний та ізотропний. Це означає, що в космічних масштабах розподіл матерії виглядає гладким і рівномірним. Будь-які згустки та розриви, які ми можемо знайти, можна вважати несуттєвими через грандіозні масштаби всього цього.

На противагу цьому, модель Таймскейп враховує нерівномірність розподілу матерії. Вона припускає, що наша складна космічна павутина, що складається з галактик, скупчень, філаментів і величезних космічних порожнеч, безпосередньо впливає на те, як ми інтерпретуємо розширення Всесвіту.

Це означає, що всесвіт розтягується нерівномірно.

Згідно з моделлю Таймскейп, швидкість розширення Всесвіту варіюється в різних регіонах залежно від того, наскільки вони щільні.

Ключовим параметром у моделі Таймскейп є "частка порожнечі": вона кількісно визначає частку простору, яку займають порожнечі, що розширюються.

Гравітація диктує, що порожнечі розширюються швидше, ніж щільніші ділянки -- вони мають менше матерії, яка їх стримує, що дозволяє простору розтягуватися вільніше. Це створює усереднений ефект, який може імітувати прискорене розширення, що приписується темній енергії в Лямбда-ХТМ.

Коротко кажучи, модель Таймскейп припускає, що нам може лише здаватися, що розширення Всесвіту прискорюється. Швидкість розширення залежить від того, де ви знаходитесь у Всесвіті.

Що показало дослідження?

Автори нового дослідження проаналізували одну з найбільших колекцій наднових типу Ia, яка називається набір даних Pantheon+. Ці наднові є надійним стандартом, який використовується для тестування космологічних моделей.

Команда порівнювала дві основні моделі: стандартну Лямбда-ХТМ (наш "ванільний" рецепт Всесвіту) та модель Таймскейп.

При розгляді найближчих яскравих наднових модель Таймскейп пояснювала речі краще, ніж наша стандартна модель. Однак це було лише статистично, причому статистичний аналіз показав "дуже сильну" перевагу.

Навіть коли вони досліджували більш віддалені наднові, де все має бути більш рівномірно розподілене, модель Таймскейп все одно виявилася трохи кращою за звичайну модель.

Який висновок? Модель Таймскейп, яка фокусується на тому, як космічні "згустки й розриви" змінюють те, як ми бачимо зростання Всесвіту, може краще відображати справжню природу розширення нашого Всесвіту. Особливо це стосується ближнього Всесвіту -- поруч з нами є багато порожнеч і філаментів, які впливають на те, як ми бачимо розширення.

Наскільки переконливими є докази?

Є важливі застереження. Аналіз не враховує особливі швидкості -- малі, випадкові рухи галактик, які можуть впливати на вимірювання наднових. Вони також не враховують зміщення Мальмквіста, коли яскравіші наднові з більшою ймовірністю потрапляють у дані просто тому, що їх легше виявити.

Ці потенційні джерела помилок можуть серйозно вплинути на результати дослідження. Крім того, в дослідженні не використовувався найновіший набір даних про наднові від DES5yr. Він більш послідовний і однорідний у зборі даних, ніж Pantheon+, що потенційно робить його більш надійним для порівняння.

Крім наднових, модель Лямбда-ХТМ наразі підкріплюється й іншими факторами, зокрема, акустичними коливаннями баріонів і гравітаційним лінзуванням. Майбутні роботи повинні будуть інтегрувати їх у модель Таймскейп.

Але в цьому новому дослідженні модель Таймскейп пропонує гостроцікаву альтернативу Лямбда-ХТМ. Суть полягає в тому, що прискорення нашого Всесвіту є ілюзією через нерівномірний розподіл матерії з великими космічними порожнечами, які розширюються швидше, ніж щільніші регіони.

Якщо це підтвердиться, це означатиме революційну зміну парадигми в космології.

.

• Наднові
• розширення Всесвіту
• Темна енергія