Исследование: Вселенная не разорвется на части, и она расширяется не бесконечно
Более десяти лет назад в рамках проекта Dark Energy Survey (DES) началось картирование Вселенной с целью понять природу загадочного явления, известного как темная энергия. В проекте участвовали более 100 ученых. Согласно результатам исследования, опубликованным на 243-й встрече Американского астрономического общества в Новом Орлеане, Вселенная не расширяется бесконечно, а значит, она не разорвется, уничтожив планеты, галактики и само пространство-время, как предполагалось ранее.
Темная энергия составляет около 70% наблюдаемой Вселенной, но мы до сих пор не понимаем, что это такое. Несмотря на то что ее природа остается загадочной, влияние темной энергии ощущается в грандиозных масштабах. Ее основной эффект заключается в ускорении расширения Вселенной.
Результаты исследования могут приблизить нас к лучшему пониманию этой формы энергии. Они также дают возможность проверить наблюдения ученых на соответствие понятию космологической постоянной, которое было введено Альбертом Эйнштейном в 1917 году, и подразумевало способ противодействия гравитации с целью получить модель Вселенной, которая не расширяется и не сжимается. Позднее Эйнштейн исключил постоянную из своих расчетов.
Однако позже космологи обнаружили, что Вселенная не только расширяется, но и ускоряется. Это наблюдение было приписано загадочной величине, названной темной энергией. Концепция космологической постоянной Эйнштейна могла бы объяснить темную энергию, если бы она имела положительное значение, что позволило бы ей соответствовать ускоряющемуся расширению космоса.
Результаты исследования DES являются кульминацией десятилетней работы исследователей по всему миру и представляют собой одно из лучших измерений параметра под названием «w», который означает «уравнение состояния» темной энергии. С момента открытия темной энергии в 1998 году значение ее уравнения состояния оставалось фундаментальным вопросом. Это состояние описывает отношение давления к плотности энергии вещества. Уравнение состояния есть у всего во Вселенной.
Его значение говорит о том, является ли вещество газообразным, релятивистским (описываемым теорией относительности Эйнштейна) или же оно ведет себя как жидкость. Вычисление этого показателя — первый шаг к пониманию истинной природы темной энергии. В ходе исследования ученые предположили, что w должно быть равно минус одному (w=-1), а темная энергия является космологической постоянной, предложенной Эйнштейном.
Уравнение состояния, равное -1, означает, что с увеличением плотности темной энергии увеличивается и отрицательное давление. Чем больше плотность энергии во Вселенной, тем сильнее гравитационное отталкивание — другими словами, материя отталкивает материю. Это приводит к постоянно расширяющейся и ускоряющейся Вселенной. Это предположение может показаться странным, поскольку противоречит всему, что мы наблюдаем на Земле.
Для изучения истории расширения Вселенной используются модели, наиболее приближенные по строению, — сверхновые типа Ia, один из видов взрывов звезд, которые позволяют измерять большие расстояния во Вселенной. Затем эти расстояния можно сравнить с расчетами ученых. Это та же самая методика, которая 25 лет назад позволила обнаружить существование темной энергии.
Разница заключается в размере и качестве выборки сверхновых. Используя новые методы, команда DES получила в 20 раз больше данных по широкому диапазону расстояний. Это позволило провести одно из самых точных измерений параметра w. Полученное значение составило -0,8.
На первый взгляд, не подтверждается предположение о том, что значение уравнения состояния должно составлять -1. Однако погрешность этого измерения достаточно велика, чтобы с вероятностью в 5%, или с коэффициентом 20 к 1, можно допустить значение -1. Обнаружение субатомной частицы бозона Хиггса в 2012 году на Большом адронном коллайдере предполагало коэффициент погрешности миллион к одному.
Однако найденное значение показало, что модели «Большого разрыва», в которых уравнения состояния меньше -1, не состоятельны. По логике таких моделей Вселенная расширялась бы бесконечно, все быстрее и быстрее, и в конце концов разорвала бы галактики, планетарные системы и даже само пространство-время.
Результаты исследования DES позволяют предположить, что эта методика пригодится для будущих экспериментов со сверхновыми в рамках миссии Европейского космического агентства «Евклид», запуск которой состоялся в июле 2023 года, и новой обсерватории Веры Рубин в Чили. Эта обсерватория вскоре получит первое изображение неба, что даст представление о ее возможностях. Телескопы нового поколения смогут обнаружить еще тысячи сверхновых, что поможет провести новые измерения уравнения состояния и пролить свет на природу темной энергии.
Ранее стало известно о том, что космическое агентство Индии успешно запустило с космодрома Шрихарикота ракету-носитель XPoSat для изучения черных дыр. Индия стала второй в мире страной, исследующей черные дыры и другие небесные объекты с помощью астрономической космической обсерватории. Это всего лишь вторая миссия такого рода в мире после того, как НАСА запустило космический телескоп в 2021 году.
