Крупнейший каталог сверхновых поставил под сомнение постоянство тёмной энергии
Исследователи собрали крупнейший на сегодняшний день единообразный набор данных по сверхновым типа Ia и получили новые признаки того, что тёмная энергия может изменяться со временем. Каталог включает 2884 взрыва белых карликов, которые используются в космологии как индикаторы расстояний и позволяют восстанавливать историю расширения Вселенной.
Международную работу возглавили исследователи Школы математики и физики Университета Квинсленда. По словам аспиранта Райана Камиллери, учёные фактически заново обработали около трёх десятилетий наблюдений, сведя результаты разных проектов и телескопов в единую систему. Полученный набор данных должен стать новым ориентиром для исследований сверхновых и измерения параметров расширения Вселенной.
Сверхновые типа Ia возникают при термоядерных взрывах белых карликов. Благодаря связи между их наблюдаемой яркостью и светимостью такие события используются для определения космических расстояний. Именно наблюдения сверхновых этого типа в конце XX века привели к открытию ускоренного расширения Вселенной, которое обычно связывают с тёмной энергией.
Новый каталог объединяет исторические измерения с результатами пятилетнего обзора сверхновых Dark Energy Survey, опубликованными в 2024 году. Старые данные исследователи обработали повторно с использованием современных методов, поскольку за последние десятилетия значительно улучшилось понимание физических свойств сверхновых и факторов, способных влиять на измерение их яркости.
Одной из главных задач стало согласование наблюдений, выполненных различными телескопами с неодинаковыми характеристиками. Исследователи также скорректировали влияние космической пыли и свойств галактик, в которых происходили взрывы. В частности, учитывалась масса родительской галактики, поскольку она связана с наблюдаемыми характеристиками сверхновых и может создавать систематические погрешности при определении расстояний.
В анализ включили и более слабые эффекты, в том числе гравитационное линзирование. Свет сверхновой по пути к Земле проходит рядом с массивными структурами, гравитация которых способна искривлять его траекторию и изменять наблюдаемую яркость источника. Для высокоточных космологических измерений такими эффектами уже нельзя пренебрегать.
После объединения сверхновых с другими космологическими наблюдениями исследователи обнаружили отклонение от стандартной модели, в которой тёмная энергия описывается космологической постоянной и не меняется со временем. В расчёты также включили данные о реликтовом излучении и крупномасштабном распределении галактик, что позволило жёстче ограничить возможные сценарии расширения Вселенной.
Астрофизик Тамара Дэвис отметила, что первые подобные признаки появились ещё в результатах Dark Energy Survey 2024 года. Новый объединённый каталог также отклоняется от стандартной модели, хотя несколько в другом направлении.
Независимые свидетельства получили и специалисты Dark Energy Spectroscopic Instrument. DESI исследует историю расширения Вселенной по барионным акустическим осцилляциям — следам звуковых волн ранней Вселенной, сохранившимся в распределении галактик. Таким образом, два разных метода дают основания проверять сценарии, в которых свойства тёмной энергии не остаются постоянными.
Пока результаты нельзя считать окончательным доказательством новой физики. Если будущие наблюдения подтвердят это отклонение, стандартную космологическую модель ΛCDM, вероятно, потребуется расширить или пересмотреть, поскольку космологической постоянной будет недостаточно для полного описания ускоренного расширения Вселенной.
Исследователи также связывают эту проблему с одним из фундаментальных вопросов современной физики — несовместимостью общей теории относительности с квантовой механикой. Обе теории успешно описывают явления в своих областях применимости, однако единой последовательной теории квантовой гравитации пока не существует. Новые сведения о механизме космического ускорения могут дать дополнительные подсказки для поиска такой связи.
Каталог продолжат расширять по мере появления новых наблюдений. В него планируется включить результаты программы Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova Survey, или DEBASS. Этот проект обнаруживает сотни сверхновых, расположенных ближе к Земле, чем большинство объектов в выборке Dark Energy Survey. Такие события помогут улучшить калибровку космологической шкалы расстояний и повысить точность последующих измерений.
Основная работа Райана Камиллери и его коллег получила название Supernovae Unite: Combining Pantheon+ and DES-SN5YR. Отдельное исследование под руководством J. Lee посвящено измерению масс родительских галактик сверхновых типа Ia и влиянию этого параметра на космологические выводы.
Исследование на сервере препринтов arXiv.