|
Действительно ли существует тёмная энергия
|
|
|
|
Согласно современным представлениям, Вселенная расширяется — и делает это с ускоряющейся скоростью. Считается, что это вызвано так называемой космологической постоянной, которая была впервые предложена Альбертом Эйнштейном в его теории общей относительности. В последние десятилетия она стала более известна как тёмная энергия, которая, как считается, составляет около 70% Вселенной.
|
|
|
|
Ключевым моментом в этом открытии стали исследования сверхновых типа Ia — взрывающихся белых карликов. Считается, что они излучают определённое количество света, что позволяет астрономам очень точно определять их расстояния и, таким образом, отслеживать расширение Вселенной. Эта работа была удостоена Нобелевской премии по физике 2011 года.
|
|
|
|
Ускоряющееся расширение Вселенной, как считается, обусловлено отрицательным давлением — необычным свойством тёмной энергии, которое позволяет ей преодолевать силу гравитации. Тем не менее, точная природа тёмной энергии остаётся загадкой. Это нельзя объяснить с помощью нашей лучшей теории фундаментальных строительных блоков Вселенной — известной как стандартная модель физики элементарных частиц.
|
|
|
|
Однако это неотъемлемая часть другой теории, разработанной для объяснения того, как возникла крупномасштабная Вселенная. Это стандартная модель космологии, также называемая моделью лямбда-холодной темной материи (лямбда-CDM).
|
|
|
|
|
|
|
Другие наблюдательные свидетельства, подтверждающие существование темной энергии, включают флуктуации температуры космического микроволнового фона (КМБ) — «послесвечение Большого взрыва» — и отпечаток барионных акустических колебаний (БАО) — звуковых волн из ранней Вселенной — в распределении галактик.
|
|
|
|
Но модель лямбда-CDM подвергается все более пристальному вниманию по мере появления новых данных. На конференции, организованной Королевским обществом Великобритании, обсуждались возникающие трещины в стандартной космологической модели. Было отмечено, что прошлые успехи модели могут частично объясняться «предвзятостью подтверждения» — бессознательной тенденцией отдавать предпочтение информации, которая подтверждает наши существующие убеждения, уделяя меньше внимания информации, которая их оспаривает. Ошибочная модель?
|
|
|
|
Большинство космологов остаются неубежденными в такой критике и вместо этого убеждены многочисленными свидетельствами ускоренного расширения Вселенной.
|
|
|
|
Однако все подобные анализы, например, реликтового излучения или барионных осцилляций, проводятся с использованием специального решения уравнений Эйнштейна, называемого моделью Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера (FLRW). Это описание пространства-времени, которое предполагает космологический принцип, а именно, что Вселенная в среднем однородна и изотропна (выглядит одинаково во всех направлениях).
|
|
|
|
Однако наше недавнее исследование обнаружило свидетельства, опровергающие модель FLRW, представив результаты, показывающие, что Вселенная асимметрична, или асимметрична. Мы считаем, что это представляет собой фундаментальный вызов теории темной энергии, подрывая саму основу стандартного анализа космологических данных.
|
|
|
|
Наблюдение того, что Вселенная может быть асимметричной, известно как космическая дипольная аномалия. Эту аномалию нельзя исправить, просто подкорректировав параметры модели лямбда-CDM. Для этого требуется начать всё с нуля, чтобы построить модель Вселенной, основанную на наблюдениях, а не на философском принципе.
|
|
|
|
Нобелевский лауреат в области астрофизики Джим Пиблз заявил, что космическая дипольная аномалия установлена примерно так же хорошо, как и другая космологическая аномалия, известная как хаббловское напряжение. Однако, отмечает он, космическая дипольная аномалия получила лишь малую часть внимания по сравнению с хаббловским напряжением.
|
|
|
|
Вместе с моими коллегами, Мохамедом Рамизом и его аспирантом Анимешем Сахом из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, мы также показали, что ускорение расширения Вселенной, выведенное из данных о сверхновых типа Ia, не одинаково во всех направлениях. Наша статья опубликована в журнале The European Physical Journal C.
|
|
|
|
Сигнал от сверхновых в основном совпадает с разницей температур в послесвечении Большого взрыва — космическим микроволновым фоном. Считается, что эта разница температур, называемая дипольной анизотропией реликтового излучения, обусловлена локальным движением Солнечной системы.
|
|
|
|
Ускорение, выведенное из наблюдений сверхновых, не может быть связано с темной энергией. Скорее всего, это иллюзия, поскольку мы являемся «наклонными наблюдателями». Это объясняется специфическим расположением Земли в космосе, где наши соседние галактики участвуют в крупномасштабном, но локализованном потоковом движении, называемом основным потоком.
|
|
|
|
Взаимосвязь между внутренней яркостью сверхновых типа Ia и их расстоянием имела решающее значение для идеи темной энергии. Однако эта взаимосвязь может быть не такой надежной, как предполагалось изначально.
|
|
|
|
Астрономы из Южной Кореи обнаружили доказательства того, что возраст белых карликовых звезд, порождающих сверхновые типа Ia (их прародителей), влияет на их яркость. Однако это было оспорено другой группой исследователей.
|
|
|
|
Когда мы внесли поправку на зависимость внутренней яркости от возраста прародителя, стало ясно, что Вселенная замедляется, а не ускоряется.
|
|
|
|
Это вполне ожидаемо для Вселенной без темной энергии. Но это станет неожиданностью для большинства космологов, которые считают, что существуют убедительные независимые доказательства существования лямбда-CDM, особенно на основе исследований реликтового излучения.
|
|
|
|
Однако флуктуации температуры реликтового излучения не зависят от темной энергии. Скорее, они связаны с пространственной кривизной Вселенной, плотностью барионов и плотностью темной материи.
|
|
|
|
Таким образом, вопрос о том, остается ли вывод о наличии темной энергии верным, зависит от того, является ли распределение материи во Вселенной действительно изотропным — абсолютно одинаковым во всех направлениях. Наблюдения говорят об обратном. Если эти результаты подтвердятся, они могут сигнализировать о сдвиге парадигмы в космологии.
|
|
|
|
Источник
|
