Темная энергия: карта дает представление о том, что это такое, но углубляет спор о скорости космического расширения

Темная энергия – одна из величайших загадок науки сегодня. Мы очень мало знаем об этом, кроме того, что она невидима, она наполняет всю вселенную и отталкивает галактики друг от друга. Это заставляет наш космос расширяться с увеличенной скоростью. Но что это? Одно из самых простых объяснений состоит в том, что это «космологическая постоянная» – результат энергии самого пустого пространства – идея, предложенная Альбертом Эйнштейном.

Однако многие физики не удовлетворены этим объяснением. Они хотят более фундаментальное описание его природы. Это какой-то новый тип энергетического поля или экзотическая жидкость? Или это знак того, что уравнения гравитации Эйнштейна как-то неполны? Более того, мы не очень понимаем текущую скорость расширения вселенной. И вновь запущенный проект – расширенное спектроскопическое исследование колебаний бариона (eBOSS) – дал несколько ответов. Эта работа была выпущена в виде серии из 23 публикаций, некоторые из которых все еще подвергаются рецензированию, описывая самую большую трехмерную космологическую карту, когда-либо созданную.

Фото: https://biblicalcounseling.com/

В настоящее время единственный способ почувствовать присутствие темной энергии – это наблюдения далекой вселенной. Чем дальше галактики, тем моложе они кажутся нам. Это потому, что излучаемый ими свет искал миллионы или даже миллиарды лет, чтобы достичь наших телескопов. Благодаря такого рода машинам времени, мы можем измерять разные расстояния в пространстве в разное космическое время, помогая понять, насколько быстро расширяется Вселенная.

С помощью телескопа Sloan Digital Sky Survey за последние два десятилетия было измерено более двух миллионов галактик и квазаров – чрезвычайно ярких и удаленных объектов, питаемых черными дырами. Эта новая карта охватывает около 11 миллиардов лет космической истории, которая, по сути, не исследована, и рассказывает нам о темной энергии, как никогда раньше. Также результаты исследований показывают, что около 69% энергии нашей вселенной – это темная энергия. В дополнение к этому они еще раз демонстрируют, что простейшая форма темной энергии Эйнштейна – космологическая постоянная – больше всего согласуется с наблюдениями исследователей.

При объединении информации с карты с другими космологическими зондами, такими как космический микроволновый фон – свет, оставшийся от большого взрыва – все они, похоже, предпочитают космологическую постоянную более экзотическим объяснениям темной энергии.

Космическая экспансия в споре

Результаты также позволяют лучше понять некоторые недавние противоречия по поводу скорости расширения Вселенной сегодня и геометрии пространства. Так, объединение наблюдений с исследованиями вселенной в ее зачаточном состоянии выявляет трещины в описании ее эволюции. В частности, измерение текущей скорости расширения Вселенной примерно на 10% ниже значения, полученного с помощью прямых методов измерения расстояний до близлежащих галактик. Оба эти метода утверждают, что их результат является правильным и очень точным, поэтому их различие не может быть просто статистической случайностью.

Фото: https://panoptes-uploads.zooniverse.org/

Точность eBOSS усиливает этот кризис. Нет общепринятого объяснения этому расхождению. Возможно, кто-то допустил небольшую ошибку в одном из этих исследований. Или это может быть признаком того, что нам нужна новая физика. Одна захватывающая возможность состоит в том, что ранее неизвестная форма материи из ранней вселенной могла оставить след в нашей истории. Это известно как «ранняя темная энергия», которая, как считается, присутствовала, когда вселенная была молода, что могло изменить скорость космического расширения.

Недавние исследования космического микроволнового фона показали, что геометрия пространства может быть искривленной, а не просто плоской, что согласуется с наиболее принятой теорией большого взрыва. Но исследователи пришли к выводу, что пространство действительно плоское. И даже после этих важных достижений космологи всего мира будут озадачены очевидной простотой темной энергии, плоскостью пространства и противоречивыми значениями скорости расширения сегодня. В поисках ответов есть только один путь – создание более крупных и подробных карт вселенной. Несколько проектов направлены на измерение как минимум в десять раз больше галактик, чем уже сделано.

Если карты eBOSS были первыми, где исследовался ранее отсутствовавший разрыв в 11 миллиардов лет нашей истории, телескопы нового поколения сделают версию с высоким разрешением того же периода времени. Интересно подумать о том, что будущие исследования могут решить оставшиеся загадки о расширении вселенной в следующем десятилетии или около того. Но было бы одинаково интересно, если бы они выявили больше сюрпризов.