|
Кризис в космологии продолжается
|
|
|
|
Сомнения в правильности стандартной космологической модели усиливаются после того, как новое исследование выявило фундаментальные проблемы в недавнем анализе, в ходе которого отстаивалась общепринятая точка зрения о том, что в настоящее время Вселенная расширяется с ускорением под действием темной энергии.
|
|
|
|
В ноябре прошлого года исследователи из Университета Ёнсе в Южной Корее сообщили, что если принять во внимание систематическую погрешность, связанную с возрастом сверхновых типа Ia, то окажется, что Вселенная, возможно, уже не расширяется с ускорением, как считалось ранее. Согласно их анализу, космическое расширение уже вступило в фазу замедления, а темная энергия может быть не космологической постоянной, а быстро меняющимся компонентом, который со временем ослабевает.
|
|
|
|
Этот результат привлек большое внимание, поскольку он хорошо согласуется с прогнозом, полученным в ходе независимого космологического исследования — анализа барионных акустических колебаний (БАК) с помощью спектроскопического прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).
|
|
|
|
В июне международная группа ученых под руководством исследователей из Саутгемптонского университета, в состав которой входят два нобелевских лауреата, опубликовала опровержение результатов исследования Университета Ёнсе. Их анализ показал, что зависимость между светимостью сверхновых и их возрастом гораздо менее выражена, чем в исследовании Университета Ёнсе. Они также предположили, что возраст прародителей сверхновых может меняться в гораздо меньшей степени в зависимости от красного смещения, чем возраст галактик, в которых они находятся.
|
|
|
|
|
|
|
Исходя из этого, команда, возглавляемая Саутгемптоном, пришла к выводу, что требуемая коррекция возрастного смещения будет небольшой и что расширение Вселенной все еще ускоряется. Таким образом, возникающий кризис в космологии, по-видимому, удалось предотвратить.
|
|
Спорный наклон в данных
|
|
|
|
Но новое исследование исследователей из Йонсей, опубликованное в Monthly Notices Королевского астрономического общества, показывает, что оба основных аргумента, выдвинутых в опровержении, подвержены влиянию критических аналитических проблем, которые подрывают их защиту космического ускорения.
|
|
|
|
Исследователи пришли к выводу, что кризис в космологии продолжается.
|
|
|
|
Первая проблема связана с измерением "возрастного смещения" - зависимости между стандартизированными светимостями сверхновых типа Ia и их возрастом.
|
|
|
|
Для надежного измерения этой зависимости сверхновые должны сравниваться в пределах достаточно узкого интервала красного смещения. В противном случае эволюция популяции сверхновых в диапазоне красного смещения будет зависеть от измеряемой корреляции возраста и светимости.
|
|
|
|
Вместо этого в исследовании "опровержение" были объединены данные о сверхновых в необычно широком интервале красного смещения. Новый анализ показывает, что эта процедура искусственно сглаживает измеренный возрастной уклон. По мере того, как к выборке добавляются сверхновые с более высоким красным смещением, восстановленный уклон становится систематически все меньше. Та же тенденция прослеживается и в фиктивных данных, созданных для воспроизведения соответствующих условий наблюдения.
|
|
|
|
«Таким образом, незначительный наклон кривой смещения возраста, о котором говорится в опровержении, является результатом явной методологической ошибки в анализе, — говорит ведущий автор исследования доктор Чхоль Чанг из Университета Ёнсе. — Если ограничить сравнение соответствующим интервалом красного смещения, то сильная зависимость от возраста снова становится очевидной».
|
|
|
|
Учёные из Университета Ёнсе также обнаружили, что модель поглощения света пылью, лежащая в основе опровержения, предполагает зависимость от массы родительской галактики, которая прямо противоположна тенденции, наблюдаемой в крупных выборках галактик. Поэтому исследователи утверждают, что эта часть модели не имеет эмпирического обоснования.
|
|
|
|
Вторая проблема связана с тем, как рассчитывается поправка на смещение возраста.
|
|
|
|
Поправка зависит от произведения двух величин: изменения возраста прародителей сверхновых в зависимости от красного смещения и наклона кривой зависимости возраста от светимости. В опровержении рассматривалась возможность того, что возраст прародителей сверхновых меняется в зависимости от красного смещения не так сильно, как возраст родительской галактики.
|
|
|
|
Однако новое исследование показывает, что уменьшение предполагаемой разницы в возрасте неизбежно приводит к увеличению наклона кривой зависимости возраста от светимости, поскольку разница в возрасте входит в знаменатель этой кривой. Таким образом, уменьшение одной величины в значительной степени компенсируется увеличением другой.
|
|
|
|
По словам исследователей из Университета Ёнсе, в опровержении акцент делался только на замедление эволюции возраста, при этом не учитывалось сопутствующее увеличение наклона кривой смещения возраста. Если последовательно учитывать оба этих эффекта, то полученная поправка на смещение возраста — а значит, и космологический вывод — практически не отличается от результатов предыдущего исследования, проведённого командой Университета Ёнсе.
|
|
|
|
Профессор Ён-Ук Ли, возглавлявший проект, сказал: «Космология сверхновых основана на ключевом предположении о том, что калибровочная зависимость светимости — зависимость Филлипса — не меняется в зависимости от возраста сверхновой. Наши результаты последовательно показывают, что это предположение неверно».
|
|
|
|
«Чтобы отстоять столь экстраординарное утверждение, как ускоренное расширение Вселенной, необходимо сначала доказать, что это фундаментальное предположение верно, — добавил Ли. — Однако наблюдательные данные, противоречащие этому предположению, становятся всё более убедительными. В таких обстоятельствах мы должны серьёзно задуматься о том, подтверждают ли имеющиеся данные гипотезу об ускоренном расширении Вселенной и существовании космологической постоянной».
|
|
Предстоящий более тщательный анализ
|
|
|
|
Исследователи также подчёркивают, что их результаты по сверхновым с поправкой на смещение возраста удивительно хорошо согласуются с независимыми результатами исследования DESI, основанными только на барионных акустических осцилляторах, как было продемонстрировано в их предыдущем исследовании. Оба исследования указывают на то, что тёмная энергия во Вселенной эволюционирует с течением времени, а нынешнее расширение Вселенной больше не ускоряется.
|
|
|
|
Чтобы решить эту проблему, команда из Университета Ёнсе предлагает «эволюционно-независимый» тест для будущей высокоточной космологической космологии сверхновых. Вместо того чтобы объединять разнородные популяции сверхновых, средний возраст которых меняется в зависимости от красного смещения, этот подход предполагает использование только сверхновых в молодых галактиках-хозяевах с одинаковым возрастом во всем диапазоне красных смещений.
|
|
|
|
Исследователи сообщают, что предварительные результаты такого теста согласуются с их более ранними выводами. В будущем благодаря гораздо большему количеству сверхновых, которые будут обнаружены с помощью Обсерватории Веры К. Рубин, станет возможным провести этот прямой тест с гораздо большей точностью.
|
|
|
|
Такие наблюдения могут дать окончательный ответ на один из самых фундаментальных вопросов современной науки: что такое темная энергия и ускоряется или замедляется сегодня расширение Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
