Предполагается, что Вселенная расширяется (и это расширение ускоряется) из-за темной энергии — загадочного компонента космоса, существование которого давно постулируется, но которое так и не было обнаружено напрямую.
Что такое темная энергия на самом деле, остается загадкой. Некоторые считают ее фоновой энергией в космическом вакууме, другие утверждают, что это может быть энергетическое поле или складки в пространстве-времени.
Но что, если природа и поведение темной энергии далеки от всего, что мы, земляне, могли себе представить? Если это так, то ключ к пониманию темной энергии может лежать в сверхновых типа Ia.
Сверхновые типа Ia уже давно используются для подтверждения существования и ускорения темной энергии. Эти взрывы происходят в двойных звездных системах, в состав которых входит по крайней мере один белый карлик — тусклое плотное ядро, оставшееся после смерти звезды.
Белый карлик либо поглощает вещество своего компаньона, в результате чего его масса становится достаточной для запуска неуправляемого термоядерного взрыва, либо притягивается другим белым карликом, пока они не сольются и не взорвутся.
Образующиеся сверхновые достигают предсказуемого уровня яркости, что позволяет экспертам относительно легко определять расстояние до них (а их красное смещение, в свою очередь, показывает, насколько быстро они удаляются от нас). Эти расчеты можно использовать для измерения расширения Вселенной.
Но теперь новые вопросы заставляют усомниться в этой картине расширяющейся Вселенной.
Физик-теоретик Субир Саркар из Оксфордского университета долгое время скептически относился к вопросу о том, действительно ли Вселенная ускоряется в процессе расширения, и если он прав, то это переворачивает с ног на голову гипотезу о природе темной энергии.
Теперь он ставит под сомнение существующие теории, указав на элемент, который, по его словам, был упущен из виду.
Считалось, что стандартизированная яркость сверхновых типа Ia не зависит от возраста породивших их звезд. Но после тщательного изучения данных о сверхновых в каталоге Pantheon+ Саркар вместе с Анимешем Сахом и Мохамедом Рамизом из Института фундаментальных исследований Тата пришли к важному выводу.
Они применили поправку (разработанную астрономами из Университета Ёнсе) на возраст звезд-прародительниц и пришли к выводу, что после стандартизации сверхновые, образовавшиеся из более молодых прародительниц, систематически оказываются слабее тех, что образовались из более старых прародительниц. А поскольку у более удаленных сверхновых прародительницы моложе, они кажутся тусклыми.
Из-за своей тусклости они кажутся еще дальше, что имитирует ускорение. В результате Саркар утверждает, что само по себе видимое ускорение было анизотропным — неравномерным в зависимости от того, в какую сторону вы смотрите.
«Было высказано предположение, что космическое ускорение, выявленное на основе наблюдений за сверхновыми типа Ia, может быть иллюзорным из-за того, что мы являемся “наклонными” наблюдателями, находящимися в основном [космическом] потоке, — пишет Саркар в исследовании, недавно опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Тогда предполагаемое ускорение должно быть направлено в основном вдоль локального основного потока» и затухать на определенном расстоянии.
Еще более показательным было то, в какую сторону указывала асимметрия. Самое сильное видимое ускорение примерно совпадает с направлением нашего собственного локального движения в космосе, отмеченным горячей точкой на космическом микроволновом фоне, и оно ослабевает по мере удаления от нас.
Такое сочетание трудно совместить с теорией темной энергии, поскольку космологическая постоянная должна быть одинаковой во всех направлениях и на любом расстоянии. Сигнал, который имеет предпочтительное направление и ослабевает с расстоянием, скорее всего, является побочным эффектом того, что мы находимся внутри движущегося участка Вселенной.
Это означает, что, хотя Вселенная продолжает расширяться, это расширение не ускоряется, как это было в начале периода космического ускорения, начавшегося 5–6 миллиардов лет назад.
Скорее, оно замедляется. Кроме того, по утверждению ученых, ускорение происходит с разной скоростью в разных направлениях. Асимметрия, выявленная в ходе этих исследований, указывает на то, что Вселенная на самом деле может быть асимметричной. Это также означает, что природа тёмной энергии не соответствует представлениям учёных.
Становится все более очевидным, что мы живем не в идеально симметричной Вселенной, как часто предполагается в стандартной космологии.
Хотя общая теория относительности Эйнштейна обеспечила математическую основу, для моделирования космического расширения потребовалось дополнительное допущение о том, что пространство-время изотропно и однородно в больших масштабах.
Это допущение, формализованное в метрике Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера (FLRW), лежит в основе стандартной модели лямбда-холодной темной материи (ΛCDM). Однако даже эта стандартная модель сталкивается с трудностями.
Данные, полученные с помощью космического телескопа «Хаббл» и спутника «Гайя», привели к так называемому «натяжению Хаббла» — резкому несоответствию между универсальной скоростью расширения, полученной в результате прямых измерений в локальной Вселенной, и скоростью, полученной в результате наблюдений за ранней Вселенной.
«Примечательно, что поправка на [возраст прародителя] оставляет [локальный диполь] неизменным в пределах погрешности, — пишут авторы. — Таким образом, нет никаких доказательств изотропного ускоренного расширения Вселенной».
Автор Elizabeth Rayne, Popular Mechanics
