Модель ранней темной энергии может решить космологическую загадку
Темную энергию и космологическую постоянную — косвенные аргументы, используемые для объяснения ускоряющегося расширения Вселенной — окружают много тайн. Новое исследование предполагает, что ранняя модель темной энергии представляет собой конкурирующую теорию, которая предлагает все преимущества нынешних моделей без «багажа», который связан с космологической постоянной.
Вселенная не только расширяется, но и ускоряется в своем расширении. Тем не менее, несмотря на то, что астрономы, космологи и физики знали об этом в течение двух десятилетий, сила, движущая этим расширением, все еще неизвестна.
Темная энергия была вставлена в стандартные космологические модели с космологической постоянной (представленной символом лямбда), используемой для определения этого ускорения.
Но все же истинная природа этого важного элемента Вселенной ускользает от нас. Новое исследование, опубликованное в New Astronomy Анджелой Гарсиа, физиком и астрономом из Universidad ECCI и ее соавторами Леонардо Кастаньедой и Хуаном Мануэлем Техейро из Observatorio Astronómico Nacional, предлагает новый подход к решению этой космической головоломки.
«Наша работа — это предложение модели темной энергии-кандидата в качестве альтернативы стандартной космологической постоянной», — говорит Гарсия, автор исследования. «Эта теоретическая модель дает возможное объяснение нынешнего ускоренного расширения Вселенной».
Далее она объясняет, что новый аспект статьи заключается в том, что в ней предполагается, что космологическая постоянная может не понадобиться для описания темной энергии, что позволяет избежать некоторых трудностей, которые она представляет, а именно огромного расхождения между теоретическим предсказанием постоянной и ее экспериментальным значением.
«Космологическая постоянная связана с серьезными теоретическими проблемами. Было предложено множество альтернативных моделей, но некоторые из них должны быть очень сложными с математической точки зрения, чтобы обеспечить физическую интерпретацию явлений», — говорит Гарсия.
«Мы представляем совершенно иную форму темной энергии, которая по своей конструкции вызывает ускоренное расширение на этой стадии Вселенной, но также эволюционирует с красным смещением; поэтому ее можно связать с другими астрономическими наблюдениями в прошлом».
Таким образом, «модель ранней темной энергии» (EDE) — группа моделей, которые видят действие темной энергии в ранней Вселенной — предложенная Гарсией и ее соавторами, имитирует поведение, описываемое космологической постоянной, и может помочь исследователям понять, существует ли альтернативные возможны модели для современных теорий темной энергии.
Тем не менее, предлагая радикальную встряску парадигмы темной энергии, работа Гарсиа во многом основывается на результатах и методах, предшествовавших ей.
«Мы использовали расстояния светимости от сверхновых звезд типа Ia — названные стандартными свечами, потому что их регулярность с точки зрения светимости означает, что они могут использоваться астрономами для измерения расстояний — точно так же, как лауреаты Нобелевской премии 2011 года использовали их, чтобы обнаружить ускоренное расширение Вселенной», — говорит астроном.
«Вдобавок мы налагаем ограничения из космического микроволнового фона и измерений параметра Хаббла из барионных акустических колебаний (флуктуации плотности обычной барионной материи, то есть материи, состоящей из протонов и нейтронов)».
Настало время для критической оценки темной энергии и космологической постоянной. В то время как тайна, окружающая ускоряющееся расширение Вселенной, сохраняется, современная космология улучшилась до такой степени, что поиск ее решения выглядит более правдоподобным, чем когда-либо.
«Это очень интересное время для космологии, со многими текущими и будущими исследованиями, которые направлены на открытие темной энергии и ее природы. Такие проекты, как DES (Dark Energy Survey), DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), eBOSS (extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) и Euclid, среди многих других, накладывают жесткие ограничения на вероятных кандидатов на темную энергию», — говорит Гарсия.
«В ближайшем будущем у нас будет впечатляющая трехмерная карта с распределением галактик во Вселенной, и с ее помощью мы раскроем основные особенности темной энергии.»
Анджела Гарсиа добавляет, что она и ее соавторы обнаружили, что их теоретическая модель является убедительным описанием темной энергии и ее эффектов, хорошо сравниваемых со стандартной космологической постоянной, но при этом не затрагивая фундаментальных проблем.
«Вселенная полна тайн, темных и необъяснимых компонентов материи-энергии. Я чувствую себя очень польщенной и взволнованной тем, что могу думать об этих фундаментальных аспектах Вселенной для жизни», — заключает Гарсия. — Меня с детства вдохновляла карьера астронома, а это нелегко для женщины, особенно в развивающейся стране, но я убеждена, что наука окупится, и Вселенная будет продолжать удивлять нас.»
Luz Ángela García et al. A novel early dark energy model, New Astronomy (2020). DOI: 10.1016/j.newast.2020.101503