28.03.2025. - Темная энергия может эволюционировать

Темная энергия может эволюционировать

Судьба Вселенной зависит от баланса между материей и темной энергией: фундаментальным компонентом, который управляет ее ускоряющимся расширением. Новые результаты работы коллаборации Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), основанной на использовании самой большой из когда-либо созданных 3D-карт нашей Вселенной, позволяют отследить влияние темной энергии за последние 11 миллиардов лет. Исследователи видят намеки на то, что темная энергия, которую многие считают "космологической постоянной", может со временем эволюционировать неожиданным образом.

DESI - это международный эксперимент, в котором принимают участие более 900 исследователей из более чем 70 учреждений по всему миру и который проводится под руководством Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США. Сегодня участники совместной работы поделились своими выводами в нескольких статьях, которые будут размещены в онлайн-хранилище arXiv, а также в презентации на Глобальном саммите Американского физического общества по физике в Анахайме, Калифорния.

"То, что мы видим, очень интригует", - сказала Алекси Лотауд-Харнетт, сопредседатель DESI и профессор Калифорнийского университета в Санта-Крузе. "Приятно думать, что мы, возможно, находимся на пороге крупного открытия о темной энергии и фундаментальной природе нашей Вселенной".

Взятые отдельно, данные DESI согласуются с нашей стандартной моделью Вселенной: лямбда-CDM (где CDM - это холодная темная материя, а Лямбда - это простейший случай темной энергии, где она действует как космологическая постоянная). Однако в сочетании с другими измерениями появляется все больше признаков того, что воздействие темной энергии со временем может ослабевать и что другие модели могут подойти лучше.

Эти другие измерения включают в себя свет, оставшийся от зарождения Вселенной (космический микроволновый фон или CMB), взрывающиеся звезды (сверхновые) и то, как свет от далеких галактик искажается гравитацией (слабое линзирование).

"Мы руководствуемся "бритвой Оккама", и самое простое объяснение того, что мы видим, - это изменение", - сказал Уилл Персиваль, сопредседатель DESI и профессор Университета Ватерлоо. "Все больше и больше похоже на то, что нам, возможно, потребуется модифицировать нашу стандартную космологическую модель, чтобы объединить эти различные наборы данных, и эволюция темной энергии кажется многообещающей".

До сих пор предпочтение эволюционирующей темной энергии не возросло до "5 сигм", золотого стандарта в физике, который представляет собой порог для открытия. Однако различные комбинации данных DESI с наборами данных CMB, слабого линзирования и данных о сверхновых колеблются от 2,8 до 4,2 сигм. (Вероятность того, что 3-сигма-событие является статистической случайностью, составляет 0,3%, но многие 3-сигма-события в физике исчезают с увеличением объема данных.) В ходе анализа использовалась методика, позволяющая скрывать результаты от ученых до самого конца, устраняя любую неосознанную предвзятость в отношении полученных данных.

"Мы занимаемся тем, что позволяем Вселенной рассказать нам, как она работает, и, возможно, Вселенная говорит нам, что все гораздо сложнее, чем мы думали", - сказал Андрей Кучеу, научный сотрудник лаборатории Беркли и сопредседатель рабочей группы DESI Lyman-alpha, которая использует распределение межгалактического газообразного водорода для составления карты далекой Вселенной. "Это интересно и придает нам больше уверенности - видеть, что множество различных свидетельств указывают в одном направлении".

DESI является одним из самых масштабных исследований космоса, когда-либо проводившихся. Этот ультрасовременный прибор фиксирует свет от 5000 галактик одновременно. DESI установлен на 4-метровом телескопе Николаса У. Мэйалла Национального научного фонда США в Национальной обсерватории Китт-Пик (программа NSF NOIRLab) в Аризоне. В настоящее время проводится четвертый из пяти лет эксперимента по исследованию неба, и к моменту завершения проекта планируется измерить примерно 50 миллионов галактик и квазаров (чрезвычайно удаленных, но ярких объектов с черными дырами в ядрах).

Новый анализ использует данные за первые три года наблюдений и включает в себя почти 15 миллионов наиболее точно измеренных галактик и квазаров. Это большой шаг вперед, повышающий точность эксперимента благодаря набору данных, который более чем вдвое превышает тот, который использовался в первом анализе DESI, который также намекал на эволюцию темной энергии.

"Дело не только в том, что данные продолжают свидетельствовать о предпочтении эволюции темной энергии, но и в том, что сейчас доказательства более убедительны, чем раньше", - сказал Сешадри Надатур, профессор Портсмутского университета и сопредседатель рабочей группы DESI по кластеризации галактик и квазаров. "Мы также провели множество дополнительных тестов по сравнению с первым годом, и они дают нам уверенность в том, что результаты не обусловлены каким-то неизвестным эффектом в данных, который мы не учли".

DESI отслеживает влияние темной энергии, изучая, как материя распределяется по Вселенной. События в самой ранней Вселенной оставили тонкие следы в распределении материи, которые называются барионными акустическими колебаниями (БАО). Этот узор БАО действует как стандартная линейка, размер которой в разное время напрямую зависел от того, как расширялась Вселенная. Измерение линейки на разных расстояниях показывает исследователям силу темной энергии на протяжении всей истории. Точность, с которой DESI использует этот подход, является лучшей в мире.

"В течение пары десятилетий у нас была эта стандартная космологическая модель, которая действительно впечатляет", - сказал Виллем Элберс, научный сотрудник Даремского университета и сопредседатель рабочей группы DESI по оценке космологических параметров, которая занимается вычислением чисел, описывающих нашу Вселенную. "По мере того как наши данные становятся все более и более точными, мы обнаруживаем потенциальные трещины в модели и понимаем, что нам может понадобиться что-то новое, чтобы объяснить все результаты вместе взятые".

Сотрудничество вскоре начнет работу над дополнительными анализами, чтобы извлечь еще больше информации из текущего набора данных, и DESI продолжит сбор данных. Другие эксперименты, которые будут запущены в течение следующих нескольких лет, также предоставят дополнительные наборы данных для будущих анализов.

Источник