Измерение темной энергии через столкновение Млечного Пути с Андромедой

Вселенная расширяется, и делает это со все возрастающей скоростью. Будь то из-за поля темной энергии во всем космосе или из-за самой основы пространства-времени, космос растягивает пространство между далекими галактиками.

Но соседние галактики, входящие в нашу местную группу, сближаются. И то, как они летят навстречу друг другу, может рассказать нам о природе космического расширения.

Одна из вещей, которые мы знаем о темной энергии, заключается в том, что это не сила. Галактики не отталкиваются друг от друга. Даже самые далекие галактики гравитационно притягиваются друг к другу, просто космическое расширение увеличивает расстояние между ними быстрее, чем они могут двигаться навстречу друг другу.

Но величина космического расширения между галактиками зависит от их расстояния. Когда галактики находятся в пределах нескольких миллионов световых лет друг от друга, они могут лететь навстречу друг другу быстрее, чем происходит расширение.

Вот почему галактики со временем сбиваются в сверхскопления. Локальные группы галактик сливаются и сталкиваются, хотя в целом Вселенная продолжает расширяться.

Это относится и к нашей местной группе, которая состоит из галактики Млечный Путь, галактики Андромеды (Туманность Андромеды, М 31), галактики Треугольника, Магеллановых облаков и множества карликовых галактик. Все они гравитационно притягиваются друг к другу и в конечном итоге сольются в большую эллиптическую галактику.

Конечно, эти галактики медленно летят навстречу друг другу в расширяющемся пространстве. Это означает, что их скорость сближения друг с другом немного медленнее, чем это было бы только под действием гравитации, и именно здесь появляется новое исследование.

Лучшие измерения движения локальной группы, которые у нас есть, относятся к нашей галактике и галактике Андромеды. У нас есть изображения звезд Андромеды в высоком разрешении. Мы знаем общее движение и массу галактики. Мы также знаем движение и массу нашей собственной галактики.

При этом мы можем рассчитать скорость гравитационного ускорения между двумя галактиками и сравнить ее с наблюдаемым ускорением. Неопределенности между этими двумя значениями перекрываются, поэтому для непосредственного измерения темной энергии этого недостаточно, но хватит, чтобы установить верхнюю границу количества темной энергии в нашей локальной группе.

На основе данных Андромеды исследователи вычислили верхнюю границу примерно в 5 раз больше, чем значение темной энергии, измеренное спутником Планк. Другими словами, значение темной энергии, наблюдаемое в космическом микроволновом фоне, находится в пределах диапазона, разрешенного этим новым исследованием, что неудивительно.

Но это только первый шаг. По оценкам команды, наблюдая за другими членами местной группы, они могут снизить верхнюю границу примерно в 1,7 раза от планковского значения.

На первый взгляд это может показаться бесполезным, но это достаточно сильное ограничение, чтобы исключить некоторые альтернативные модели.

Общая теория относительности предсказывает, что темная энергия однородна во всей вселенной. Некоторые альтернативы предсказывают, что темная энергия коррелирует с галактическими скоплениями, а это означает, что локальные уровни темной энергии должны быть выше, чем общее среднее значение, измеренное Планком.

Темная энергия еще какое-то время будет загадкой, но это исследование показывает, что нам не обязательно смотреть на самые далекие галактики, чтобы понять ее. Мы также можем взглянуть и на ближайшие к нам галактики.