Был ли 2024 год годом, когда мы наконец начали понимать темную энергию?:
2024 год был важным годом для космической науки во многих отношениях, но он вполне может оказаться самым важным годом для самого тревожного и загадочного «ингредиента» Вселенной, темной энергии, с момента ее открытия почти три десятилетия назад. Это был первый год, когда ученые получили волнующий наблюдательный намек на то, что сила, движущая ускоряющееся расширение космоса, может «взрослеть».
Темная энергия является серьезной проблемой для ученых. Представляя 68% от общего бюджета материи-энергии Вселенной, это сила, которая ускоряет расширение Вселенной . Это явление отделено от ранней инфляции Вселенной, вызванной Большим Взрывом , которая почти остановилась, когда темная энергия взяла верх!
Чтобы понять, почему это вызывает беспокойство, представьте, что вы слегка толкаете ребенка на качелях, видите, как его движение останавливается, а затем без всякой видимой причины он снова начинает качаться, и это движение становится все быстрее и быстрее.
Это позднее ускорение было обнаружено в 1998 году двумя группами астрономов, проводивших измерения расстояний с использованием сверхновых в далеких галактиках. «Темная энергия» была всего лишь временным названием, данным силе, движущей это ускорение, с надеждой, что со временем появится более точное понятие и название.
2024 год был годом DESI
Эти новые сведения о темной энергии появились в результате первого года сбора данных, полученных с помощью спектроскопического прибора темной энергии (DESI), в результате чего была создана одна из самых подробных карт космоса, когда-либо созданных.
5000 роботизированных глаз DESI собирают свет с миллионов галактик на более чем трети неба над Землей, разбивая его на спектр цветов. Данные DESI позволили ученым измерить изменение длин волн света от далеких галактик по мере того, как они уносятся от нас в расширяющейся ткани пространства-времени, явление, называемое « красным смещением ».
Результаты DESI дали ученым намек на то, что темная энергия меняется со временем. В частности, похоже, что эта таинственная сила ослабевает.
Это важно, так как в нашей лучшей на данный момент модели космологии — Стандартной модели или модели Lambda Cold Dark Matter (LCDM) — темная энергия представлена космологической постоянной (обозначенной греческой буквой лямбда). Предполагается, что космологическая постоянная остается постоянной во времени в модели LCDM.
«Публикация этих результатов стала великим днем для космологии, указав на «убывающий» эффект темной энергии с течением времени, что означает, что она эволюционирует и, следовательно, не является постоянной величиной», — сказала Лус Анхела Гарсия Пеньялоса, бывший член команды DESI и космолог из Университета ECCI в Колумбии, в интервью Space.com в апреле 2024 года, когда были опубликованы данные DESI. «Открытие эволюционирующей темной энергии было бы таким же революционным, как и открытие ускоренного расширения самой Вселенной, если бы оно было подтверждено будущими данными».
Space.com встретился с Гарсией Пеньялосой, чтобы подробнее поразмышлять о влиянии этого открытия и обсудить, как космологи будущего могут оглянуться на 2024 год.
«До этого года большинство наблюдений были последовательными, и темная энергия была космологической постоянной. Тем не менее, 2024 год был полон намеков, указывающих на то, что это может быть не так», — сказал Гарсия Пеньялоса. «Ряд космических исследований не одобряют космологическую постоянную, и вместо этого они показывают многообещающие результаты для темной энергии, которая эволюционирует со временем».
Темная энергия становится динамичной!
Намек на то, что темная энергия может ослабевать или каким-либо образом меняться, стал настоящим шоком для космологов. Как отметил Гарсия Пеньялоса, до сих пор наблюдения согласовывались с «уравнением состояния» для Вселенной, в котором космологическая постоянная и, следовательно, темная энергия постоянны во времени.
Гарсия Пеньялоса сказал, что это отклонение от этой последовательности «открывает окно» к моделям космоса, которые включают тип темной энергии, которая меняется со временем. Это может означать конец космологической постоянной и возникновение «динамической темной энергии».
Одной из динамических идей темной энергии, которую Гарсия Пеньялоса поддерживал еще до того, как стали доступны результаты DESI, была модель « ранней темной энергии » (EDE). Эта идея вращается вокруг того факта, что, хотя темная энергия сейчас доминирует во Вселенной, так было не всегда.
Примерно до 4–5 миллиардов лет назад во Вселенной доминировала материя, а до этого безраздельно властвовало излучение, вызывающее инфляцию, связанную с Большим взрывом. Модели EDE предполагают, что темная энергия не просто появилась из ниоткуда, чтобы начать управлять космосом, когда ему было от 9 до 10 миллиардов лет; темная энергия была там все это время, играя немалую роль.
Это означает, что он динамичен и меняется. Первые данные DESI, похоже, подтверждают эту концепцию.
Космологи не будут слишком огорчены, увидев конец космологической постоянной, если окажется, что темная энергия действительно эволюционирует.
Предсказания космологической постоянной, представляющей «энергию вакуума» пространства, сделанные с помощью теории, отличаются от наблюдений этого значения на целых 10 в степени 121 (то есть 10 со 120 нулями).
Неудивительно, что космологическая постоянная на протяжении десятилетий была головной болью для космологов и была описана как « худшее теоретическое предсказание в истории физики ».
Но давайте не будем слишком быстро стирать лямбду со стола. Для того, чтобы перевернуть эту модель, понадобятся дополнительные данные. И данные, которые могли бы это сделать, уже в пути!
Исследование DESI началось в 2021 году с телескопа Мейолла на вершине Китт-Пик недалеко от Тусона, штат Аризона, и рассчитано на пять лет, завершаясь в 2026 году. Интересно, что результаты, которые мы обсудили, уже намекают на смену парадигмы в науке о темной энергии, которая возникла уже после первого года получения результатов.
Чтобы инициировать масштабное переосмысление темной энергии, ученым нужно будет увидеть больше данных, указывающих на то, что этот космический ингредиент меняется со временем. К счастью, данные DESI за 2-й и 3-й годы ожидаются весной 2025 года.
«Динамическая темная энергия может быть более совместима с наблюдениями DESI Year 1, чем космологическая постоянная», — сказал Гарсия Пеньялоса. «При этом это еще не окончательно; это лишь намеки в пользу темной энергии как развивающегося [явления], а не стандартного космологического кандидата. Тем не менее, это довольно волнующе.
«Возможно, еще слишком рано говорить о том, что мы разгадали эту тайну, но я бы сказал, что теперь мы знаем немного больше о поведении этого неизвестного ингредиента».
Гарсия Пеньялоса объяснила, какие разработки в области науки о темной энергии она ожидает в следующем году. DESI получит некоторую помощь в своем стремлении раскрыть секреты темной энергии, сказала она, в виде дополнительных данных с космического телескопа Euclid.
«Детектив темной энергии» Европейского космического агентства (ESA) был запущен в июле 2023 года, и с октября того же года он поражает ученых своими потрясающими изображениями космоса. В следующем году он может сделать то же самое с некоторыми надежными данными.
«Во-первых, Euclid выпустит первые наборы данных, чего давно ждало сообщество. Кроме того, другие представители Вселенной в больших масштабах опубликуют свои результаты, которые дополнят недавние открытия с космического телескопа Джеймса Уэбба », — заключил Гарсия Пеньялоса. «Самые современные численные моделирования с высоким разрешением продолжат открывать новые подсказки о том, что такое темная энергия, и, возможно, откроют новые вопросы, о связи темной энергии с другими космологическими явлениями, о которых мы не знаем».
Как и сама Вселенная, наше волнение по поводу 2025 года и научных открытий, которые он нам принесет, растет все быстрее!
Прочитайте что такое взгляд в будущее