Темная энергия и загадка расширяющейся Вселенной: новые данные могут поменять космологию

С конца 1990-х годов ученые знают, что наша Вселенная не просто расширяется — она делает это с ускорением. Это открытие, удостоенное Нобелевской премии в 2011 году, перевернуло представления о космосе и ввело в физику загадочный термин — «темная энергия». Считалось, что это некая постоянная сила, противодействующая гравитации и расталкивающая галактики. Однако новые данные, полученные в результате анализа тысяч взорвавшихся звезд, указывают на нечто более странное: темная энергия, возможно, меняется со временем.

Если это подтвердится, нас ждет революция в космологии. Ведь от природы темной энергии зависит судьба Вселенной: будет ли она расширяться вечно, замедлится или, возможно, даже начнет сжиматься. Последние исследования, включая масштабный анализ каталога Union3, объединившего данные о более чем 2000 сверхновых типа Ia, показывают, что стандартная модель ΛCDM (где темная энергия неизменна) может быть неполной. Ученые осторожно говорят о первых намеках на ослабление темной энергии, но признают: уровень точности измерений наконец позволяет всерьез рассматривать альтернативные теории.

Сверхновые как ключ к разгадке

Сверхновые типа Ia — это термоядерные взрывы белых карликов, происходящие с предсказуемой яркостью. Благодаря этому их используют как «стандартные свечи» для измерения космических расстояний. Чем дальше сверхновая, тем слабее ее свет и сильнее красное смещение — сдвиг спектра из-за расширения Вселенной. В 1998 году именно наблюдения за такими сверхновыми привели к открытию ускоренного расширения, которое объяснили темной энергией.

Однако проблема в том, что данные о сверхновых собирались разными телескопами и методами, что затрудняло их сравнение. Проект Union3, разработанный международной коллаборацией Supernova Cosmology Project (SCP), решил эту проблему, создав крупнейший стандартизированный каталог из 2087 сверхновых. Ученые применили сложные статистические методы, включая байесовскую иерархическую модель, чтобы учесть погрешности и систематические ошибки. Это позволило точнее проследить, как расширение Вселенной менялось за последние 7 миллиардов лет.

Тревожные расхождения с ΛCDM

Стандартная космологическая модель (ΛCDM) предполагает, что темная энергия — это космологическая постоянная (Λ), неизменная во времени. Но данные Union3, а также независимые измерения спектроскопического прибора DESI, указывают на возможную эволюцию темной энергии. Пока расхождения не столь значительны, чтобы однозначно отвергнуть ΛCDM, но они согласуются с гипотезой ослабления темной энергии.

Если это подтвердится, последствия будут грандиозными:

• Замедление расширения. Если темная энергия слабеет, в далеком будущем гравитация может взять верх, и Вселенная начнет сжиматься.
• Новые физические теории. Потребуются альтернативные объяснения — например, квинтэссенция (динамическое поле, меняющееся со временем) или модификации общей теории относительности.

Ученые не спешат с выводами, но уже готовятся к новым данным. В ближайшие годы в анализ включат сотни дополнительных сверхновых, а также информацию от обсерватории Веры Рубин и будущего космического телескопа Нэнси Грейс Роман, которые увеличат объем данных в десятки раз.

Кроме того, комбинирование методов (сверхновые + барионные акустические осцилляции + реликтовое излучение) поможет построить более полную картину. Уже сейчас ясно: космология вступает в новую эру, где темная энергия перестает быть абстрактной константой и становится динамическим компонентом Вселенной, чьи тайны только предстоит раскрыть.

Как сказал Сол Перлмуттер, один из первооткрывателей ускоренного расширения:

«Мы наконец достигаем уровня точности, на котором все становится по-настоящему интересно. Теперь мы можем начать различать разные теории темной энергии».

И это, возможно, лишь начало новой научной революции.