Космологи обнаружили проблему в данных о расширении Вселенной
Космологи вновь поставили под сомнение одну из самых интригующих гипотез современной науки — идею о том, что темная энергия со временем может изменяться. Новое исследование международной группы ученых показало, что недавние намеки на «эволюцию» темной энергии могут быть связаны не с реальными свойствами Вселенной, а с небольшими расхождениями между различными астрономическими наборами данных.
Работа была проведена Самсуззаманом Афрозом и Суводипом Мукерджи из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи. В своей статье исследователи проанализировали, насколько надежны методы, применяемые для изучения темной энергии — загадочного явления, которое, как считается, отвечает за ускоренное расширение Вселенной.
Темная энергия остается одной из крупнейших загадок современной космологии. Согласно наиболее распространенной модели, она представляет собой космологическую постоянную — неизменную величину, одинаково действующую на протяжении всей истории Вселенной. Однако некоторые недавние наблюдения указывали на возможность того, что свойства темной энергии могут меняться со временем. Если бы это подтвердилось, ученым пришлось бы серьезно пересмотреть представления о будущем развитии космоса и фундаментальных законах физики.
Ключевым параметром в подобных исследованиях является так называемое «уравнение состояния» темной энергии. Оно описывает соотношение между ее плотностью и давлением. Для определения этого параметра астрономы используют наблюдения удаленных объектов и измеряют скорость их удаления от Земли по красному смещению.
Особое внимание научного сообщества в последнее время привлекли результаты коллаборации DESI, которая ранее сообщила о признаках того, что уравнение состояния темной энергии может изменяться с увеличением красного смещения. По словам Самсуззамана Афроза, если бы подобный результат удалось подтвердить окончательно, это стало бы настоящим прорывом в космологии.
Однако Афроз и Мукерджи решили проверить, насколько устойчивы подобные выводы с точки зрения фундаментальных космологических соотношений. Исследователи сосредоточились на так называемом соотношении двойственности космических расстояний — одном из базовых следствий общей теории относительности. Это соотношение связывает между собой два независимых способа измерения расстояний во Вселенной.
Для анализа ученые использовали два разных типа наблюдений: данные о сверхновых и барионных акустических осцилляциях. Последние представляют собой следы колебаний плотности вещества, возникших в ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва, когда через первичную плазму распространялись акустические волны.
Авторы разработали новую методику, позволяющую одновременно оценивать параметры темной энергии и проверять согласованность различных космологических данных. В результате выяснилось, что наборы данных в целом соответствуют фундаментальному соотношению космических расстояний, однако между ними присутствует небольшое расхождение.
Именно эта, на первый взгляд, незначительная несогласованность оказалась связана со смещением параметров уравнения состояния темной энергии от значений, ожидаемых для обычной космологической постоянной. Исследователи подчеркивают, что даже небольшие систематические различия между наборами данных способны существенно влиять на выводы о природе темной энергии.
По словам Афроза, результаты сохраняются при различных вариантах параметризации соотношения космических расстояний и дополнительных проверках устойчивости анализа. Это, как считают авторы, указывает на то, что говорить об уверенном обнаружении «динамической» темной энергии пока преждевременно.
Ученые также отмечают, что предложенный ими метод может сыграть важную роль в будущем, когда астрономы начнут работать с еще более масштабными массивами наблюдательных данных. Новый подход позволит лучше выявлять и устранять возможные систематические ошибки между различными космологическими измерениями, что поможет получать более надежные выводы о причинах ускоренного расширения Вселенной.
По мнению исследователей, подобные методы могут стать важным инструментом для будущих открытий, связанных с пониманием природы темной энергии и загадочного механизма космического ускорения.
Исследование в журнале Physical Review D.