Самое загадочное явление во Вселенной может вскоре преподнести нам новый сюрприз.
Нужно обладать изрядной самоуверенностью, чтобы назвать новый проект «Спектроскопический инструмент для исследования тёмной энергии» (DESI). В конце концов, тёмная энергия совершенно невидима – она не испускает света, который можно было бы собрать и проанализировать с помощью спектрографа. На самом деле, её вообще никогда не видели – она ускользала от всех наших попыток запечатлеть её даже с помощью самых современных телескопов и детекторов.
Насколько нам известно, тёмная энергия – это нечто неощутимое, совершенно равномерно распределённое в пространстве и никак не взаимодействующее ни с материей, ни со светом. Её единственная функция, осуществляемая с помощью какого-то неизвестного механизма, – заставлять пространство расширяться всё быстрее. Как же в таком случае недавняя публикация первых данных DESI, как и было обещано, переворачивает наше представление о тёмной энергии?
Есть всего несколько косвенных способов изучать нечто столь же неуловимое, как тёмная энергия. Поскольку всё, что делает тёмная энергия, – это растягивает пространство-время, проверка различных теорий о её природе включает в себя изучение того, как это растяжение происходило на протяжении космической истории. Один из методов – составление карты истории расширения Вселенной; другой – изучение того, как быстро материя собиралась в галактики и скопления в разные периоды нашего космического прошлого.
Измерение скорости расширения Вселенной обычно основывается на создании чрезвычайно точных трёхмерных карт материи в космосе; картировании множества далёких галактик, квазаров (яркого излучения из окрестностей сверхмассивных чёрных дыр) или межгалактического газа, а также сборе информации о движении каждого объекта. Вот где на помощь приходит спектроскопия.
Анализируя спектр света, мы можем увидеть, насколько он растянулся по мере того, как источник удаляется от нас из-за космического расширения. Сопоставление измеренной скорости расширения с точным физическим расстоянием может дать нам бесценную информацию об эволюции нашего космоса (а также несколько действительно классных карт).
Недавно опубликованные данные моделирования DESI произвели фурор, намекнув, что у тёмной энергии может быть более сложная история, чем мы обычно предполагаем. Если эти намёки подтвердятся, они могут изменить наше представление не только об истории Вселенной, но и о нашей конечной космической судьбе.
Модель согласования космологии – это наша текущая лучшая рабочая модель Вселенной и её составляющих. В этой модели тёмная энергия – это космологическая постоянная: неотъемлемое свойство пространства-времени, однородное и неизменное, которое, по сути, просто добавляет немного «растяжимости» в каждый кусочек пространства.
Если тёмная энергия – это космологическая постоянная, то наблюдаемая плотность тёмной энергии всегда остаётся неизменной с течением времени. В отличие от материи, которая «разбавляется» по мере того, как пространство, в котором она находится, расширяется, увеличение пространства просто означает увеличение количества космологической постоянной, содержащейся в этом пространстве.
Если бы тёмная энергия была чем-то динамичным, то есть её плотность или поведение менялись бы с течением времени, это изменение проявилось бы в детальных измерениях истории расширения. DESI и другие исследования, как правило, сообщают о своих результатах по тёмной энергии в терминах так называемого параметра «уравнения состояния», обозначаемого буквой w. Если тёмная энергия – это космологическая постоянная, мы ожидаем увидеть w = –1, ровно, для всех времен. Если w отличается от –1 или если кажется, что он увеличивается или уменьшается, тёмная энергия должна быть чем-то другим.
Результаты DESI представляют собой интригующую загадку. Если предположить, что w постоянен, значение –1 прекрасно соответствует результатам. Но когда анализ был изменён, чтобы учесть возможность изменения w, новые данные DESI выглядят иначе. В сочетании с другими наборами данных, полученных в ходе наблюдений сверхновых, они как будто предполагают, что изменяющееся w, которое было ниже в прошлом и будет выше в будущем, лучше всего соответствует данным.
Что это будет означать для нашего космоса – неясно. Для постоянного w всё, что меньше –1, называется «фантомной тёмной энергией», и это зловещее название вполне заслужено: оно подразумевает далёкое будущее, в котором тёмная энергия может буквально разорвать на части галактики, звёздные системы, звёзды и даже саму Вселенную. Фантомная тёмная энергия не нравится теоретикам, поскольку она, по-видимому, нарушает некоторые действительно важные фундаментальные принципы, которые, как мы думаем, вероятно, действуют в космосе.
Хотя новые результаты предполагают движение в сторону от фантомного режима, они, по-видимому, подразумевают, что эти принципы могли быть нарушены когда-то в космическом прошлом, что вызовет у многих теоретиков головную боль.
Если w действительно увеличивается, это может означать, что тёмная энергия со временем становится менее важной. Это может изменить наше космическое будущее тонкими, но интересными способами, возможно, приведя к тому, что расширение Вселенной больше не будет ускоряться (хотя, вероятно, не позволит расширению полностью обратить вспять или остановить).
Результаты DESI – это пока ещё только намёки, которые могут исчезнуть в будущих исследованиях. Тем не менее, возможно, что тёмная энергия просто нашла новый способ удивить нас.
Доктор Кэти Мак — астрофизик-теоретик, изучающий ряд вопросов космологии, изучения Вселенной от начала до конца.
Читайте также: Темная энергия может привести ко второму Большому взрыву во Вселенной
