Космос и астрономия 12 януари 2025 г. · 0 коментара
Какво причинява ускореното разширяване на Вселената? Кредит за изображение: ESA / NASA
Смята се, че тъмната енергия е отговорна за ускоряващото се разширяване на Вселената, но какво ще стане, ако не е така?
Росана Руджери: Гледайки светлината от далечни експлодиращи звезди, наречени свръхнови, през 1998 г. астрономите откриха, че Вселената не просто се разширява – нейното разширяване се ускорява. Но какво стои зад това ускорение?
Въведете тъмна енергия. Това е едно от най-обсъжданите и интригуващи липсващи парчета от пъзела на съвременната физика – мистериозна форма на енергия, за която се смята, че равномерно прониква в цялото пространство. В настоящия най-приет модел на съвременната космология тъмната енергия е това, което движи ускореното разширяване на Вселената.
Но какво ще стане, ако има друго обяснение, което не включва тъмна енергия? Скорошно проучване, използващо данни от свръхнови, намеква, че наистина може да има такава и се нарича моделът Timescape.
Това откритие може дълбоко да предизвика нашето разбиране за космоса, така че нека се потопим в него.
Какво е тъмна енергия?
Гръбнакът на съвременната космология е моделът Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM). Той описва вселена, в която тъмна енергия – обозначена с гръцката буква Ламбда – е движещият механизъм зад ускоряващото се разширяване на Вселената.
При този модел галактиките танцуват заедно под ефекта на невидима мрежа от тъмна материя, съставена от тежки частици, които не взаимодействат с нищо. Ефектите от тази студена тъмна материя могат да се наблюдават само чрез гравитацията.
Тъмната енергия представлява близо 70% от общия енергиен бюджет на Вселената, но точната й природа остава една от най-големите мистерии във физиката.
Някои интерпретации предполагат, че тъмната енергия може да бъде свързана с енергията на вакуума, докато други изследвания се опитват да я опишат като ново, развиващо се енергийно поле, разпространено в пространството.
А скорошно проучване от международното сътрудничество DESI, което проследява разширяването на Вселената, намекна, че тъмната енергия може да отслабва с времето.
Възможно е също така нашата текуща теория за гравитацията (теорията на Айнщайн за общата теория на относителността) да е непълна. Може би е необходимо разширение, за да се опише гравитационното взаимодействие в космологични мащаби – разстояния от порядъка на милиони до милиарди светлинни години.
Какво представлява моделът Timescape?
Материята – тъмна материя, газ, галактики, звездни клъстери и супер клъстери – не е равномерно разпространена в Космоса.
Но за модела Lambda-CDM приемаме, че Вселената е хомогенна и изотропна. Това означава, че в космически мащаби разпределението на материята изглежда гладко и равномерно. Всички бучки и празнини, които можем да открием, могат да се считат за незначителни поради големия мащаб на цялото нещо.
За разлика от това, моделът Timescape отчита неравномерното разпределение на материята. Това предполага, че нашата сложна космическа мрежа – съставена от галактики, клъстери, нишки и огромни космически празнини – пряко засяга начина, по който интерпретираме разширяването на Вселената.
Това би означавало, че Вселената не се простира равномерно.
Според модела Timescape, скоростта на разширяване на Вселената варира в различните региони, в зависимост от това колко плътни са те.
Ключовият параметър в модела на Timescape е „частта на празнините“: тя количествено определя дела на пространството, заето от разширяващи се празнини.
Гравитацията диктува празнините да се разширяват по-бързо от по-плътните региони – те имат по-малко материя, която да ги задържа, което позволява на пространството да се простира по-свободно. Това създава среден ефект, който може да имитира ускореното разширяване, приписвано на тъмната енергия в Lambda-CDM.
Накратко, моделът Timescape предполага, че може само да ни изглежда, че разширяването на Вселената се ускорява. Скоростта на разширяване зависи от това къде се намирате във Вселената.
Какво установи проучването?
Авторите на новото проучване разгледаха една от най-големите колекции от свръхнови тип Ia, наречена набор от данни Pantheon+. Тези свръхнови са надежден стандарт, използван за тестване на космологични модели.
Екипът сравни два основни модела: стандартния Lambda-CDM (нашата “ванилова” рецепта на вселената) и модела Timescape.
Когато разглеждаме близките ярки супернови, моделът Timescape обяснява нещата по-добре от нашия стандартен модел. Това обаче беше само статистика, като статистическият анализ показваше „много силно“ предпочитание.
Дори когато са изследвали по-отдалечени свръхнови, където нещата трябва да са по-равномерно разпределени, Timescape все още се държи малко по-добре от обичайния модел.
Вкъщи? Моделът Timescape, който се фокусира върху това как космическите “бучки и празнини” променят начина, по който виждаме Вселената да расте, може да е по-добър в улавянето на истинската природа на разширяването на нашата Вселена. Това би било особено валидно за близката вселена – имаме много кухини и нишки близо до нас, което ще повлияе на начина, по който виждаме разширяването.
Колко силни са тогава доказателствата?
Има важни предупреждения. Анализът не отчита особените скорости – малки, произволни движения на галактики, които могат да повлияят на измерванията на свръхнови. Те също така не отчитат отклонението на Malmquist, когато по-ярките свръхнови е по-вероятно да бъдат включени в данните, просто защото са по-лесни за откриване.
Тези потенциални източници на грешка могат да повлияят зле на техните резултати. Освен това проучването не използва най-новия набор от данни DES5yr за свръхнови. Той е по-последователен и унифициран в събирането на данни от Pantheon+, което потенциално го прави по-надежден за сравнение.
Има и други неща освен свръхновите, които в момента поддържат модела Lambda-CDM, най-вече барионни акустични трептения и гравитационни лещи. Бъдещата работа ще трябва да ги интегрира в модела Timescape.
Но с това ново проучване моделът Timescape предлага интригуваща алтернатива на Lambda-CDM. Изводът е, че ускорението на нашата вселена е илюзия поради неравномерното разпределение на материята с големи космически празнини, разширяващи се по-бързо от по-плътните региони.
Ако бъде потвърдено, това би представлявало революционна промяна на парадигмата в космологията.
Росана Руджери, преподавател и сътрудник на ARC DECRA, Университета на Куинсланд
Тази статия е препубликувана от The Conversation под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (0)