Десятилетнее исследование тёмной энергии проливает свет на расширение Вселенной

Новые результаты обширного исследования более чем 1500 сверхновых вызывают сомнения в стандартной модели космологии. Исследование, проведённое с помощью камеры тёмной энергии, показывает, что загадочная сила, ускоряющая расширение Вселенной – тёмная энергия – может меняться со временем.

Эти результаты были получены благодаря самой большой выборке сверхновых, когда-либо собранной одним инструментом в рамках исследования тёмной энергии. Сверхновые, важные для открытия ускоренного расширения Вселенной в конце 1990-х, вновь оказались в центре внимания.

Тёмная энергия, предложенная как временное решение для объяснения этого ускорения, остаётся загадкой для учёных, особенно учитывая, что она составляет около 65-70% от общей энергии и материи в космосе.

Исследование, проведённое с помощью камеры тёмной энергии, установленной на телескопе Виктора М. Бланко в Обсерватории Серро-Тололо в Чили, показало, что наблюдения за сверхновыми остаются ключевыми для разгадки этой тайны.

Новые результаты были представлены на 243-м собрании Американской астрономической ассоциации 8 января 2024 года. Они согласуются со стандартной космологической моделью – моделью "лямбда-холодной тёмной материи", предполагающей ускоряющееся расширение Вселенной.

Камера тёмной энергии, построенная Фермилабом, наблюдала за небом в течение 758 ночей, зарегистрировав 2 миллиона далёких галактик и тысячи сверхновых.

Из этой выборки, с помощью машинного обучения, было определено, что 1499 являются особым типом взрывов звёзд, известных как сверхновые типа Ia. Эти сверхновые, происходящие в двойных системах, где белые карлики притягивают материю от соседней звезды, используются как "стандартные свечи" для измерения огромных расстояний в космосе.

Сравнивая красное смещение ближайших сверхновых типа Ia с более удалёнными, учёные получили представление о силе расширения Вселенной и плотности тёмной энергии в разные периоды космической истории. Новые результаты исследования тёмной энергии утроили известное количество сверхновых с красным смещением около 0.2 и увеличили в пять раз количество известных "стандартных свечей" с красным смещением около 0.5.

Тамара Дэвис, член рабочей группы Исследования Тёмной Энергии и профессор Университета Квинсленда, отметила, что это значительный прогресс по сравнению с 25-летней давностью, когда для выводов о тёмной энергии использовались всего 52 сверхновые.

По результатам исследования, плотность тёмной энергии, по-видимому, не является постоянной. "Как только Вселенная расширяется, плотность материи снижается, но если плотность тёмной энергии постоянна, это означает, что её общая доля должна увеличиваться по мере увеличения объёма," - сказал Рич Крон, директор Исследования Тёмной Энергии.

Эти выводы могут вызвать вызов для модели ΛCDM, которая предполагает, что плотность тёмной энергии постоянна. "Есть захватывающие намёки на то, что тёмная энергия меняется со временем. Мы обнаружили, что самая простая модель тёмной энергии – ΛCDM – не является лучшим вариантом," добавила Дэвис. "Это не так далеко от истины, чтобы мы могли исключить её, но в погоне за пониманием того, что ускоряет расширение Вселенной, это интересный новый элемент головоломки."

Ответы на эту загадку, возможно, придётся ждать до следующего поколения исследований сверхновых. "Этот результат ясно показывает ценность астрономических обзоров, которые продолжают приносить отличные научные результаты даже после завершения сбора данных," сказал Найджел Шарп, директор программы астрономических наук Национального научного фонда.