Темная энергия, видимо, меняется и меняет наше представление о Вселенной

«Теперь я действительно сижу и над этим думаю», — говорит Кэтрин Хейманс, астроном из Эдинбургского университета, Великобритания, и Королевский астроном Шотландии. Если результаты подтвердятся, они могут заставить космологов пересмотреть свою «стандартную модель» истории Вселенной. Модель обычно предполагает, что темная энергия является неотъемлемым свойством пустого пространства, которое не меняется со временем — «космологической константой». «Физикам бросили вызов, чтобы они объяснили это», — говорит Хейманс.

Телескоп DESI находится в Национальной обсерватории Китт-Пик недалеко от Тусона, штат Аризона. Он использует 5000 роботизированных рук для направления оптических волокон в выбранные точки, где в его поле зрения находятся галактики или квазары. Затем волокна доставляют свет в чувствительные спектрографы, которые измеряют, насколько каждый объект смещен в красную область спектра, то есть в какой степени его световые волны были растянуты расширением пространства на пути к Земле. Исследователи могут оценить расстояние до объекта, используя его красное смещение, чтобы создать трехмерную карту истории расширения Вселенной.

Затем на этой карте исследователи изучают плотность галактик, чтобы определить изменения, оставшиеся от звуковых волн, называемых барионными акустическими колебаниями (baryon acoustic oscillations — BAO), которые существовали до того, как начали формироваться звезды. Эти вариации имеют характерный масштаб, который начинался со 150 килопарсеков (450 000 световых лет) в изначальной Вселенной и увеличивался с космическим расширением; теперь они выросли до 1000 килопарсеков или даже 150 мегапарсеков в поперечнике, что делает их крупнейшими известными образованиями в современной Вселенной.

Отслеживая изменяющийся размер BAO, исследователи могут реконструировать, как скорость расширения Вселенной менялась на протяжении эпох. Около 5 миллиардов лет назад расширение перешло от замедления к ускорению под воздействием темной энергии. До прошлого года все космологические данные согласовывались с тем, что темная энергия является космологической постоянной, — это означает, что Вселенная должна продолжать расширяться все более быстрыми темпами.

Но результаты последнего анализа DESI показывают, что космическое расширение сейчас ускоряется меньше, чем в прошлом, что не соответствует предположению о том, что темная энергия является космологической постоянной. Вместо этого данные показывают, что его плотность энергии — количество темной энергии на кубический метр пространства — сейчас примерно на 10% ниже, чем 4,5 миллиарда лет назад.

Анализ включает красные смещения более 30 миллионов галактик и квазаров — в пять раз больше, чем в результатах прошлого года — и охватывает 11 миллиардов лет истории Вселенной. Сешадри Надатур, член DESI в Университете Портсмута, Великобритания, говорит, что сотрудничество провело «слепой анализ» набора данных, чтобы избежать внесения предвзятости. Он был одним из немногих исследователей, которые затем впервые увидели окончательный результат. «Были некоторые ахи», когда он представил его на закрытом заседании сотрудников DESI в декабре, говорит Надатур, добавляя, что он «пытался сделать презентацию как можно более драматичной».

Статистическая мощность данных DESI пока недостаточна, чтобы полностью исключить темную энергию как космологическую константу, но Надатур ожидает, что это станет возможным после того, как DESI завершит свое исследование и накопит данные за семь лет.

Дополнительные данные об истории Вселенной должны быть собраны миссией Euclid Европейского космического агентства, которая была запущена в 2023 году, и 8-метровой обсерваторией Веры Рубин в Чили, которая должна быть введена в эксплуатацию в конце этого года.