Вселенная расширяется быстрее, чем предсказывает теория: где скрывается источник этой загадки

Астрономы уже давно знают, что Вселенная расширяется и далекие галактики удаляются от нас. Чем быстрее галактика перемещается, тем длины волн ее света смещаются в красную часть электромагнитного спектра. То есть чем дальше находится галактика, тем выше у нее красное смещение. Если у галактики большое красное смещение, то это значит, что астрономы видят ее такой, какой она была, когда Вселенная имела молодой возраст. Если галактика имеет низкое красное смещение, то астрономы ее видят такой, какой она была, когда Вселенная была намного старше, то есть в более поздний период ее истории. После того, как ученые изучили расстояния до далеких галактик, они поняли, что Вселенная не просто расширяется, а скорость ее расширения ускоряется. Эта скорость выше, чем предсказывает главная космологическая теория. Почему так происходит? Ученые пытаются выяснить, но автор статьи для издания Space Райан Кили из Калифорнийского университета в Мерседе считает, что разгадка скрывается в ранней Вселенной.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Темная энергия и космологическая постоянная

Астрофизики считают, что за ускоренное расширение Вселенной отвечает темная энергия. До сих пор ее природа не совсем понятна, но ее поведение можно объяснить космологической постоянной, которая является свойством пространства-времени, способствующим расширению Вселенной.

Эту постоянную впервые ввел в научный оборот Альберт Эйнштейн. В своей теории относительности физик обозначил эту постоянную греческой буквой лямбда. Во время расширения Вселенной плотность энергии космологической постоянной остается неизменной.

То, что плотность энергии космологической постоянной не уменьшается во время расширения Вселенной, очень странно, но это свойство помогает объяснить ускоряющуюся Вселенную.

Стандартная модель космологии

Сейчас главной теорией космологии или стандартной моделью космологии является Модель Лямбда-CDM. Лямбда – это та самая космологическая постоянная, а CDM означает холодная темная материя. Эта модель описывает ускорение Вселенной на ее поздних этапах жизни, а также скорость расширения на ранних этапах существования космоса.

В частности, стандартная модель объясняет факт существования реликтового излучения, то есть света, который возник через примерно 300 тысяч лет после рождения Вселенной. Также Модель Лямбда CDM помогает ученым предсказать значение постоянной Хаббла, которая на самом деле не является постоянной, а является значение, которое описывает текущую скорость расширения Вселенной.

Сейчас астрофизики считают, что стандартная модель космологии не является идеальной. Ученые выяснили, что значение скорости расширения Вселенной во время измерения расстояний до далеких галактик и при изучении реликтового излучения не совпадает. Такое несовпадение назвали проблемой Хаббла.

Проблема Хаббла

Существование этой проблемы может говорить о том, что Модель Лямбда CDM не полностью соответствует действительности и ее нужно изменить. То есть нужны новые теории. Объяснить существование проблемы Хаббла можно, если изменить в стандартной модели скорость расширения космоса при низком красном смещении в поздние времена существования Вселенной. Это должно помочь выяснить, какие физические явления могут вызывать проблему Хаббла.

Например, возможно, темная энергия не является космологической постоянной, а представляет собой результат действия гравитация, которая работает совсем иначе, чем известно ученым. В этом случае темная энергия будет развиваться по мере расширения Вселенной, а реликтовое излучение покажет другое значение постоянной Хаббла.

Но недавние исследования показывают, что ученые не могут объяснить проблему Хаббла просто изменением скорости расширения в поздней Вселенной. Решения этой проблемы не соответствуют действительности.

Решение проблемы Хаббла

По словам Кили, он и его коллеги разработали статистические инструменты, которые позволили проверить жизнеспособность всех моделей, изменяющих скорость расширения в поздней Вселенной. Это было сделано, чтобы понять, какие типы решений могут объяснить существование проблемы Хаббла.

Ученые проверили некоторые новые модели развития космоса, в том числе те, которые включают в себя развивающуюся темную энергию, когда она действует по-разному в разное время жизни Вселенной. Также были проверены модели, в которых темная энергия взаимодействует с темной материей, и модифицированные модели гравитации, в которых гравитация действует по-разному в разное время жизни Вселенной. Но ни одна из этих моделей не смогла полностью объяснить существование проблемы Хаббла.

По словам Кили, это значит, что нужно направить все усилия на изучение ранней Вселенной, где скорее всего и скрывается источник проблемы Хаббла.

Как уже писал Фокус, ученые смоделировали полет в атмосфере Урана и Нептуна. Исследователи говорят, что человечество пока еще не создало зонд, который смог бы справиться с задачей.