Темная энергия меняется? Каталог из 3000 сверхновых бросает вызов стандартной космологии

Каталог почти 3000 белых карликов, взорвавшихся как сверхновые типа Ia после перекармливания от звезд-компаньонов, указывает на то, что темная энергия — загадочная сила, ускоряющая расширение Вселенной, — меняется со временем.

Это открытие в сочетании с данными Обзора темной энергии (DES) подтверждает результаты, обнародованные Спектроскопическим инструментом темной энергии (DESI) в 2024 году, которые предполагали, что влияние темной энергии ослабевает.

Это означает, что исследование команды включает не просто самый полный каталог сверхновых типа Ia; оно представляет самую ясную на сегодняшний день картину эволюции Вселенной и влияния темной энергии.

«Мы перестроили три десятилетия астрономических наблюдений в единую согласованную структуру, — сказал в заявлении член команды Райан Камиллери из Университета Квинсленда. — Мы объединили наши данные с другими космическими измерениями, включая реликтовый свет от Большого взрыва и карты распределения галактик в пространстве».

«Вместо подтверждения стандартной модели космологии, которая предполагает, что темная энергия фиксирована и неизменна, у нас больше доказательств того, что темная энергия может меняться со временем».

Как взрывающиеся белые карлики рассказывают нам о темной энергии?

Белые карлики — это тлеющие звездные остатки, оставшиеся после того, как звезды с массой около солнечной исчерпывают топливо для ядерного синтеза в своих ядрах. Это прекращает внешнее давление, поддерживающее звезду против ее собственной гравитации, что означает, что ядро звезды коллапсирует, а внешние слои сбрасываются. Ядро становится белым карликом, и для одиночных звезд это конец. Но около 50% звезд солнечного размера имеют двойного компаньона, и это может привести к возобновлению активности и изменению судьбы звезды.

Если белый карлик и его компаньон находятся достаточно близко, мертвая звезда начинает срывать внешние слои своего компаньона. По мере накопления этого материала на белом карлике он подталкивает массу звездного остатка за так называемый предел Чандрасекара, позволяя ему стать сверхновой.

Эти космические взрывы называются сверхновыми типа Ia, и их световая отдача настолько однородна, что эти события называют «стандартными свечами». Они жизненно важны, потому что измерение того, как их свет красное смещение по мере путешествия, означает, что сверхновые типа Ia можно использовать для измерения космических расстояний.

«За годы мы узнали гораздо больше о том, как ведут себя сверхновые, поэтому смогли вернуться и применить это улучшенное понимание к старым данным, — сказал Камиллери. — Была проделана обширная работа по связыванию наблюдений с разных телескопов с разными возможностями и учету таких проблем, как космическая пыль и масса галактики, которые могут влиять на свет от сверхновой».

«Мы также учли более тонкие эффекты, такие как гравитационное линзирование — искривление и увеличение света вокруг крупных объектов по мере его путешествия от сверхновой к Земле».

В сочетании с результатами DESI 2024 года это исследование может изменить наше представление о том, чем на самом деле является темная энергия.

«Наши данные о сверхновых из DES в 2024 году впервые показали намеки на то, что темная энергия может меняться во времени, и этот новый сборник также видит отклонение от стандартной модели, хотя и в немного другом направлении, — сказал Дэвис. — Аналогично, результаты DESI обнаружили намеки на вариации темной энергии в своих обзорах реликтовых звуковых волн из ранней Вселенной».

«Итак, два совершенно независимых измерения обнаружили намеки на временную вариацию темной энергии, бросая вызов стандартной модели, согласно которой темная энергия не меняется».

Дэвис добавил, что помимо раскрытия того, чем на самом деле является темная энергия, это исследование может также содержать ключ к объяснению того, как гравитация и квантовая физика сочетаются друг с другом. Хотя квантовая физика (лучшая теория того, как Вселенная работает на субатомных масштабах) и общая теория относительности Эйнштейна (наша лучшая картина гравитации) были весьма успешны сами по себе, ученые до сих пор не смогли их объединить. Иными словами, не существует теории квантовой гравитации.

«Мы знаем, что эти две теории каждая по отдельности чрезвычайно успешны в своих областях, так что если мы сможем понять, как их объединить, это будет огромным шагом в теоретической физике», — продолжил Дэвис.

Эти усилия получат импульс, когда данные будут добавлены к уже comprehensive каталогу сверхновых типа Ia команды. Это будет включать наблюдения от программы Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova (DEBASS), которая обнаруживает сотни更多 локальных сверхновых, чем даже обзор DES.

Результаты команды доступны на репозитории arXiv.

Космология на пороге революции

Темная энергия — величайшая загадка современной физики. Мы знаем, что она составляет 68% Вселенной. Мы знаем, что она ускоряет расширение. Но мы не знаем, что это такое.

Стандартная модель космологии предполагает, что темная энергия — это космологическая постоянная. Фиксированная. Неизменная. Эйнштейн назвал ее своей «величайшей ошибкой», но позже она вернулась как объяснение ускорения.

Теперь два независимых измерения — сверхновые и барионные акустические осцилляции — указывают на то, что темная энергия может меняться. Это не просто уточнение. Это революция.

Если темная энергия эволюционирует, значит, Вселенная не ведет себя так, как предсказывает стандартная модель. Значит, нужна новая физика. Возможно, квантовая гравитация. Возможно, что-то, чего мы еще не представляем.

Каталог из 3000 сверхновых — это не просто данные. Это окно в прошлое Вселенной. Каждая сверхновая — это вспышка, которая произошла миллиарды лет назад. И свет от этих вспышек рассказывает нам, как расширялась Вселенная.

Чем больше данных, тем яснее картина. DEBASS добавит сотни новых сверхновых. DESI продолжает собирать данные. И постепенно мы приближаемся к ответу.

Но пока вопросов больше, чем ответов. И это захватывающе.

Источники: arXiv, Dark Energy Survey (DES), Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), заявления Райана Камиллери и Дэвиса.