«Апостериори»: Учёные предложили объяснение ускоренного расширения Вселенной без тёмной энергии
Новости науки и технологий
Поддержите «Эхо», если вы не в России
Физики из Университетского колледжа Лондона и Калифорнийского университета в Дейвисе опубликовали в журнале Proceedings of the Royal Society A работу, в которой рассматривают альтернативу одной из главных загадок современной космологии – тёмной энергии.
С конца 1990-х годов астрономы считают, что расширение Вселенной ускоряется. Этот вывод был сделан на основе наблюдений далёких сверхновых. Чтобы согласовать эти данные с общей теорией относительности и стандартной космологической моделью, в уравнения Эйнштейна вернули космологическую постоянную. Сегодня её обычно интерпретируют как тёмную энергию – неизвестную форму энергии, которая составляет примерно 70 процентов энергетического содержания Вселенной и действует как своего рода антигравитация.
Однако природа тёмной энергии до сих пор остаётся неизвестной. Она хорошо работает как параметр в модели, но не имеет убедительного объяснения в фундаментальной физике.
Авторы статьи предлагают посмотреть на проблему с другой стороны. Возможно, дело не в том, что в уравнения нужно добавить новый компонент, а в том, что мы слишком буквально используем идеально однородную модель Вселенной.
В основе современной космологии лежат решения Фридмана. Они описывают Вселенную, которая на больших масштабах однородна и изотропна, то есть выглядит одинаково во всех направлениях и не имеет выделенного центра. Именно такие решения стали математическим фундаментом модели Большого взрыва.
В новой работе авторы исследовали устойчивость этих решений. Они рассматривали уравнения Эйнштейна для Вселенной, заполненной пылевой материей, то есть материей с нулевым давлением, и без космологической постоянной. Затем они изучили, что происходит, если вблизи Большого взрыва в такую модель внести радиальные возмущения – небольшие отклонения плотности, сохраняющие сферическую симметрию.
Результат оказался необычным. В математическом описании плоская модель Фридмана ведёт себя как неустойчивая седловая точка. Это значит, что она действительно является решением уравнений Эйнштейна, но очень специальным решением. Даже небольшие возмущения могут уводить систему от него.
Авторы показывают, что существует семейство решений, в которых Вселенная сначала почти совпадает с фридмановской моделью, затем на промежуточных временах начинает расширяться быстрее, чем предсказывала бы обычная модель без тёмной энергии, а на очень больших временах снова стремится к фридмановскому поведению. Иными словами, ускорение расширения в такой картине возникает не из-за новой загадочной энергии, а как следствие нестабильности самой фридмановской модели в рамках обычных уравнений общей теории относительности.
Работа носит прежде всего математический характер. Авторы показывают, что такой механизм возможен в уравнениях Эйнштейна, но пока не доказывают, что именно он описывает нашу Вселенную.
Для этого нужно было бы сравнить модель с большим набором наблюдений: сверхновыми, реликтовым излучением, барионными акустическими осцилляциями, распределением галактик и ростом крупномасштабной структуры. Стандартная ΛCDM-модель пока гораздо лучше проверена наблюдениями.
Есть и ещё одна важная оговорка. В статье рассматриваются радиальные, сферически-симметричные возмущения. Такая геометрия фактически вводит выделенный центр. А это противоречит обычному космологическому принципу, согласно которому у Вселенной не должно быть особого места или направления.
Тем не менее работа интересна тем, что предлагает другой взгляд на проблему. Вместо вопроса «что такое тёмная энергия?» она задаёт вопрос: «не является ли ускорение расширения следствием того, что реальная Вселенная чуть менее идеальна, чем стандартная фридмановская модель?»
Если этот подход удастся связать с наблюдениями, он может стать важной альтернативой тёмной энергии. Но пока это скорее математически строгая гипотеза о возможном механизме ускорения, чем новая космологическая модель.