Учёные обнаружили, что, изучая движение Андромеды и Млечного Пути на основе их совокупной массы, можно установить верхний предел для значения космологической постоянной, самой простой модели тёмной энергии. Хотя этот метод находится только на ранних стадиях развития, исследователи уверены, что можно обнаружить тёмную энергию, изучая нашу космическую окрестность.
Всё, что мы наблюдаем во Вселенной, составляет лишь 5% от того, что доступно наблюдению. По оценкам учёных, около 27% Вселенной составляет тёмная материя, которая связывает объекты, а 68% — тёмная энергия, которая отталкивает объекты друг от друга.
«Тёмная энергия — это общее название для семейства моделей, которые можно добавить к теории гравитации Эйнштейна. Самая простая из них — это космологическая постоянная, постоянная плотность энергии, которая отталкивает галактики друг от друга», — рассказал главный автор исследования, доктор Дэвид Бенисти.
Космологическая постоянная была временно добавлена Эйнштейном в его общую теорию относительности. С 1930-х до 1990-х годов космологическая постоянная была установлена на нулевое значение, пока не было обнаружено, что неизвестная сила — тёмная энергия — вызывает ускоренное расширение Вселенной. У тёмной энергии есть по крайней мере две особенности: мы не знаем точно, что это такое, и её ещё не обнаружили напрямую.
С тех пор, как она была косвенно подтверждена, астрономы разработали несколько методов для обнаружения тёмной энергии, большинство из которых включает изучение объектов ранней Вселенной и измерение их скорости удаления от нас. Определение влияния тёмной энергии на прошлые эпохи не так просто: так как это слабая сила между галактиками, тёмная энергия легко маскируется за гораздо более сильными взаимодействиями внутри галактик.
Однако есть один регион Вселенной, который удивительно чувствителен к тёмной энергии, и он находится у нас по соседству. Галактика Андромеда — ближайшая к Млечному пути, эти две галактики движутся навстречу друг другу. По мере их приближения, они начнут медленно вращаться вокруг друг друга. Один оборот займёт до 20 миллиардов лет. Однако из-за гравитационных сил задолго до завершения одного оборота, примерно через пять миллиардов лет, эти две галактики начнут сливаться.
Используя серию моделирований на основе лучших доступных оценок массы обеих галактик, Бенисти и его соавторы обнаружили, что тёмная энергия влияет на то, как Андромеда и Млечный Путь будут вращаться друг вокруг друга. Метод оценки основывается на том, что структура пространства-времени, от пространства между звёздами до промежутков между галактиками, расширяется под воздействием тёмной энергии.
Андромеда — это единственная галактика, которая не убегает от нас, поэтому, изучая её массу и движение, мы можем делать выводы о космологической постоянной и тёмной энергии.
Этот метод также может быть применён для установления ограничений других теорий гравитации. В дальнейшем учёные планируют использовать данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) для улучшения оценки массы Андромеды, что позволит сократить источники неопределённости.
Такой подход к изучению космологической постоянной и модифицированной гравитации на сравнительно малых масштабах может помочь вывести новые ограничения фундаментальных свойств Вселенной.