Переписываем «библию» космологии? Почему ученые снова усомнились в общей теории относительности Эйнштейна

Исследование

Согласно квантовой теории, даже ваккуум 一 пустое пространство 一 заполнен энергией. Существующие измерительные приборы могут засечь только изменения в этой энергии, а не ее общее количество.

Эйнштейн считал, что энергия вакуума отталкивает гравитацию и буквально раздвигает пустое пространство. Фактически он предположил ускорение расширения Вселенной, что было подтверждено в конце XX века.

За это ускорение отвечает та самая энергия вакуума или, как ее еще называют, темная энергия. До сих пор неизвестно, является ли темная энергия космологической константой, неким динамическим полем или модифицированной гравитацией в макромасштабах Вселенной.

Хотя согласно большинству самых популярных современных космологических теорий, темная энергия составляет большинство нашей Вселенной, только 4% пространства в которой занимают межгалактических газ, звезды и другие объекты.

«Разгадка проблемы старой космологической постоянной позволит нам узнать, действительно ли энергия вакуума тяготеет, оказывая гравитационное воздействие и изменяя скорость расширения Вселенной. Если да, то почему гравитация темной энергии значительно слабее, чем предполагалоги? И если вакуум не имеет никакой гравитации 一 что тогда ускоряет расширение Вселенной?», 一 пишут авторы нового исследования, профессор космологии Портсмутского университета Казуя Кояма и профессор физики Университета Саймона Фрейзера Левон Погосян.

Согласно модели лямбда-холодной темной материи (LCDM), в космосе содержится 70% темной энергии, 25% темной материи и 5% обычной материи. Несмотря на то, что эта модель только допускает существование темной энергии, она успешно согласовывалась со всеми данными, собранными космологами за последние 20 лет. И эти данные также совпадают с прогнозами Эйнштейна.

Скорость расширения Вселенной называют постоянной Хаббла. Сегодня эта постоянная является камнем преткновения для большинства астрофизиков, поскольку разные методы ее измерения показывают довольно большие погрешности.

«Вместе с командой космологов мы проверили основные законы общей теории относительности. Мы также исследовали, может ли модификация теории Эйнштейна помочь решить некоторые открытые проблемы космологии, включая точное измерение постоянной Хаббла», 一 заявили Кояма и Погосян.

Суть их исследования заключается в проверке ОТО в макромасштабах с использованием данных расширения Вселенной, влияния гравитации на свет и влияния гравитации на материю. Эти параметры были определены с помощью инструментов анализа реликтового излучения спутника Planck, каталогов сверхновых звезд, а также наблюдения за формой и распределением отдаленных галактик наземными телескопами многоспектральных изображений.

Результаты компьютерного моделирования подтвердили несоответствия в некоторых прогнозах ОТО. Иными словам, авторы работы полагают, что эйнштейновская гравитация может работать по-другому в больших масштабах, и что общую теорию относительности, вероятно, придется корректировать.

«Наше исследование также показало, что очень сложно решить проблему постоянной Хаббла, только изменив теорию гравитации. Полное решение, вероятно, требует наличие нового компонента космологической модели, существовавшего до того времени, когда протоны и электроны впервые объединились в водород сразу после Большого взрыва. Этим компонентом может быть особая форма темной материи или первичные магнитные поля», 一 резюмируют исследователи.

Предыдущие данные

Несколько месяцев назад ученые из Гарвардского университета заявили о разработке аналитической модели, которая помогла им рассчитать «наиболее точное количество темной материи и темной энергии во Вселенной».

В отличие от темной энергии, темная материя отвечает за формирование и притяжение звезд и галактик, и ее существования предсказали гораздо раньше, 一 в 1933 году.

Новый аналитический механизм Pantheon+, представленный сотрудниками Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, показал, что темная энергия занимает примерно 66,2% Вселенной, а остальные 33,8% состоят из темной материи и видимой нам материи.

Ученые назвали эту работу «кульминацией более чем двух десятилетий усилий наблюдателей и теоретиков всего мира по расшифровке сущности космоса».

Среди прочего, Pantheon+ позволил уточнить постоянная Хаббла. Согласно обновленным данным, эта величина составляет 73,4 километра в секунду на мегапарсек (один мегапарсек — около 3,26 миллиона световых лет).

Предыдущие подсчеты указывали на постоянную Хаббла на уровне 69,8 километра в секунду на мегапарсек.

Разработчики Pantheon+ считают, что несоответствия в подсчетах постоянной Хаббла — это один из признаков существования «экзотической новой физики в очень ранней Вселенной», когда темная материя доминировала над темной энергией, сдерживая скорость расширения Вселенной.

По словам научного сотрудника Центра астрофизики Эйнштейна Диллона Браута, в течение нескольких миллиардов лет после Большого взрыва ситуация могла измениться, и преобладающая темная энергия начала «разбрасывать» содержимое космоса все дальше друг от друга.

«Однако, такие неподтвержденные теории должны выдерживать научный процесс, и несоответствиях в подсчетах постоянной Хаббла продолжают оставаться серьезной проблемой», — заявил Браут.