Переписуємо «біблію» космології? Чому вчені знову засумнівалися у загальній теорії відносності Ейнштейна

Дослідження

Згідно з квантовою теорією, навіть ваккуум 一 порожній простір 一 заповнений енергією. Існуючі вимірювальні прилади можуть засікти лише зміни у цій енергії, а не її загальну кількість.

Ейнштейн вважав, що енергія вакууму відштовхує гравітацію і буквально розсуває порожній простір. Фактично він припустив прискорення розширення Всесвіту, що було підтверджено наприкінці ХХ століття.

За це прискорення відповідає та сама енергія вакууму або, як її ще називають, темна енергія. Досі невідомо, чи темна енергія є космологічною константою, якимось динамічним полем або модифікованою гравітацією у макромасштабах Всесвіту.

Хоча відповідно до більшості найпопулярніших сучасних космологічних теорій, більшість нашого Всесвіту складається з темної енергії, лише 4% простору в якому займають міжгалактичний газ, зірки та інші об'єкти.

«Розгадка проблеми старої космологічної постійної дозволить нам дізнатися, чи справді енергія вакууму тяжіє, гравітаційно впливаючи і змінюючи швидкість розширення Всесвіту. Якщо так, то чому гравітація темної енергії значно слабша, ніж припущення? І якщо вакуум не має ніякої гравітації, що тоді прискорює розширення Всесвіту?", 一 пишуть автори нового исследования, професор космології Портсмутського університету Казуя Кояма і професор фізіки Університету Саймона Фрейзера Левон Погосян.

Відповідно до моделі лямбда-холодної темної матерії (LCDM), в космосі міститься 70% темної енергії, 25% темної матерії та 5% звичайної матерії. Попри те, що ця модель лише припускає існування темної енергії, вона успішно узгоджувалась з усіма даними, зібраними космологами за останні 20 років. І ці дані також збігаються із прогнозами Ейнштейна.

Швидкість розширення Всесвіту називають постійною Габбла. Сьогодні ця постійна є наріжним каменем для більшості астрофізиків, оскільки різні методи її вимірювання показують доволі великі похибки.

"Разом із командою космологів ми перевірили основні закони загальної теорії відносності. Ми також досліджували, чи може модифікація теорії Ейнштейна допомогти вирішити деякі відкриті проблеми космології, враховуючи точний вимір постійної Габбла", 一 заявили Кояма та Погосян.

Суть їх дослідження полягає у перевірці ЗТВ у макромасштабах з використанням даних розширення Всесвіту, впливу гравітації на світ та впливу гравітації на матерію. Ці параметри були визначені за допомогою інструментів аналізу реліктового випромінювання супутника Planck, каталогів наднових зірок, а також спостереження за формою та розподілом віддалених галактик наземними телескопами багатоспектральних зображень.

Результати комп'ютерного моделювання підтвердили невідповідність деяких прогнозів ЗТВ. Іншими словами, автори роботи вважають, що ейнштейнівська гравітація може працювати інакше у великих масштабах, і що загальну теорію відносності, ймовірно, доведеться коригувати.

"Наше дослідження також показало, що дуже складно вирішити проблему постійної Габбла лише змінивши теорію гравітації. Повне рішення, ймовірно, вимагає наявність нового компонента космологічної моделі, що існував до того часу, коли протони та електрони вперше об'єдналися у водень одразу після Великого вибуху. Цим компонентом може бути особлива форма темної матерії або первинні магнітні поля", 一 резюмують дослідники.

Попередні дані

Декілька місяців тому вчені з Гарвардського університету заявили про розробку аналітичної моделі, яка допомогла їм розрахувати «найточнішу кількість темної матерії і темної енергії у Всесвіті».

На відміну від темної енергії, темна матерія відповідає за формування та тяжіння зірок і галактик, і її існування передбачили набагато раніше, 一 у 1933 році.

Новий аналітичний механізм Pantheon+, представлений співробітниками Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, показав, що темна енергія займає приблизно 66,2% Всесвіту, а решта 33,8% складаються з темної матерії та видимої нам матерії.

Вчені назвали цю роботу «кульмінацією більш ніж двох десятиліть зусиль спостерігачів і теоретиків всього світу з розшифровки сутності космосу».

Серед іншого Pantheon+ дозволив уточнити постійну Габбла. Згідно з оновленими даними, ця величина становить 73,4 кілометри на секунду на мегапарсек (один мегапарсек - близько 3,26 мільйона світлових років).

Попередні підрахунки вказували на постійну Габбла на рівні 69,8 кілометрів на секунду на мегапарсек.

Розробники Pantheon+ вважають, що невідповідність у підрахунках постійної Габбла — це одна з ознак існування "екзотичної нової фізики в дуже ранньому Всесвіті", коли темна матерія домінувала над темною енергією, стримуючи швидкість розширення Всесвіту.

За словами наукового співробітника Центру астрофізики Ейнштейна Діллона Браута, протягом кількох мільярдів років після Великого вибуху ситуація могла змінитись, і переважаюча темна енергія почала "розкидати" вміст космосу все далі один від одного.

"Однак, такі непідтверджені теорії повинні витримувати науковий процес, і невідповідності у підрахунках постійної Габбла продовжують залишатися серйозною проблемою", - заявив Браут.