Темная энергия или "глючная" гравитация? Новая теория пытается объяснить напряжение Хаббла

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Вселенная — место, полное загадок. Одна из них, темная энергия, заставляет пространство расширяться с ускорением, но ее природа остается непостижимой. Ученые выдвигают различные гипотезы, пытаясь объяснить этот феномен. Одна из интригующих теорий предполагает, что гравитация, эта краеугольная сила Вселенной, может вести себя по-разному на разных масштабах.


«Глючная» гравитация, вольная интерпретация
Автор: Designer

Представьте себе Вселенную, где гравитация, управляющая движением галактик, отличается от гравитации, определяющей движение планет вокруг Солнца. Это и есть идея «космического глюка» — модель, в которой гравитационная постоянная изменяется при переходе от масштабов, превосходящих горизонт видимой Вселенной, к масштабам нашей Солнечной системы.

Такое изменение гравитации можно представить как дополнительную форму темной энергии — невидимой сущности, влияющей на расширение Вселенной. При этом эта «темная энергия» может иметь как положительную, так и отрицательную плотность энергии, что существенно отличает ее от обычной темной энергии.

Эволюция в модели CGG. На верхней панели показаны эффекты Ωg на плотность энергииплотности Ωi(z) для фотонов, барионов, МЧР, нейтрино (включая как массивные, так ибезмассовые виды) и компоненты темной энергии, соответственно. Мы используем темную (светлую) заштрихованную область, чтобыдля обозначения областей, соответствующих отрицательным (положительным) значениям Ωg относительно ΛCDM. Нижняя панельпоказано уравнение состояния для компонента темной энергии wDE(z) для различных значений Ωg. Сплошнаясиняя линия показывает эволюцию Вселенной с Ωg = 0, что соответствует стандартной ΛCDM-космологиис wDE = wΛ = -1. Синие пунктирные линии показывают уравнение состояния для излучения (wr =13) иматерии (wm = 0), которые наш компонент CGG отслеживает, соответственно, в разные эпохи.
Автор: Robin Y. Wen et al JCAP03(2024)045 DOI 10.1088/1475-7516/2024/03/045 CC-BY 4.0 Источник: iopscience.iop.org

Исследователи из Канады и США проанализировали данные, собранные космическим телескопом «Планк», и обнаружили удивительный факт: модель с отрицательной плотностью «темной энергии» оказывается предпочтительнее. Это означает, что гравитация на больших масштабах может быть слабее, чем мы привыкли думать.

Более того, эта модель может помочь разрешить некоторые противоречия в современных космологических данных. Например, существует расхождение в оценках скорости расширения Вселенной, полученных разными методами. Модель «космического глюка» с отрицательной плотностью «темной энергии» позволяет получить более высокую скорость расширения, приближаясь к результатам, полученным с помощью наблюдений сверхновых звезд.

Ограничения параметров для основных семи космологических параметров {Ωbh 2, Ωch 2, H0, τreio, ln(1010As), ns, Ωg} моделей ΛCDM и CGG (ΛCDM+Ωg) с использованием данных Planck18 (T, T E+lowE+lensing likelihood). данных Планка18 (T T, T E, EE+lowE+вероятность линзирования). Модель ΛCDM эквивалентна модели CGG с фиксированным Ωg = 0
Автор: Robin Y. Wen et al JCAP03(2024)045 DOI 10.1088/1475-7516/2024/03/045 CC-BY 4.0 Источник: iopscience.iop.org

Однако, как и любая теория, модель «космического глюка» не лишена недостатков. Она ухудшает соответствие данных по барионным акустическим осцилляциям — волнам плотности, оставшимся от ранней Вселенной. Это означает, что ученым предстоит еще много работы, чтобы до конца разобраться в этой загадке.


Современные измерения непостоянного параметра космического глюка Ωg в зависимости от Хаббловского радиуса на момент измерения. Линии и серая область показывают линейную экстраполяцию (+-1 σ) до масштабов Планка и де Ситтера (или темной энергии), что говорит о том, что глюк может исчезнуть по мере приближения нашей Вселенной к фазе де Ситтера, в то время как в момент Большого взрыва, когда кривизна приближается к планковскому масштабу, она равна O(1). приближается к планковскому масштабу.
Автор: Robin Y. Wen et al JCAP03(2024)045 DOI 10.1088/1475-7516/2024/03/045 CC-BY 4.0 Источник: iopscience.iop.org

В будущем ожидается появление новых, более точных данных о Вселенной. Это позволит ученым с большей уверенностью сказать, существует ли «космический глюк» в гравитации или нет. Если эта теория подтвердится, она откроет новые горизонты в нашем понимании Вселенной и ее фундаментальных законов. Возможно, мы даже приблизимся к разгадке тайны темной энергии и ее роли в эволюции космоса.

Составление ограничений на параметр космического глюка Ωg с использованием различных комбинаций данных
Автор: Robin Y. Wen et al JCAP03(2024)045 DOI 10.1088/1475-7516/2024/03/045 CC-BY 4.0 Источник: iopscience.iop.org

Так что, возможно, гравитация — это не просто сила, а сложный и динамичный феномен, изменяющийся в зависимости от масштаба. И «космический глюк» — это лишь первый шаг на пути к пониманию ее истинной природы.

Если гравитация на больших масштабах слабее, почему галактики не разлетаются в разные стороны?

На самом деле, галактики действительно разлетаются, но не из-за ослабления гравитации, а из-за расширения самого пространства Вселенной. Это расширение происходит под действием темной энергии, природа которой до сих пор остается загадкой. Модель «космического глюка» предлагает альтернативное объяснение этой темной энергии, связывая ее с изменением гравитации на больших масштабах.

Может ли «космический глюк» быть связан с другими загадками Вселенной, например, с темной материей?

Пока что нет прямых доказательств связи «космического глюка» с темной материей. Темная материя — это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует со светом, но оказывает гравитационное влияние на видимую материю. Однако, некоторые теории предполагают, что темная материя и темная энергия могут быть двумя проявлениями одной и той же сущности, и «космический глюк» может стать ключом к пониманию этой связи.

Если модель «космического глюка» подтвердится, как это повлияет на наше представление о Вселенной?

Подтверждение этой модели приведет к пересмотру наших фундаментальных представлений о гравитации и ее роли в эволюции Вселенной. Это откроет новые направления в космологии и физике элементарных частиц, возможно, приведя к созданию единой теории, объединяющей все силы природы.