Всесвіт розширюється швидше, ніж передбачає теорія: де ховається джерело цієї загадки

Астрономи вже давно знають, що Всесвіт розширюється і далекі галактики віддаляються від нас. Що швидше галактика переміщується, то довжини хвиль її світла зміщуються в червону частину електромагнітного спектра. Тобто що далі розташована галактика, то вищий у неї червоний зсув. Якщо галактика має великий червоний зсув, то це означає, що астрономи бачать її такою, якою вона була, коли Всесвіт мав молодий вік. Якщо галактика має низький червоний зсув, то астрономи її бачать такою, якою вона була, коли Всесвіт був набагато старшим, тобто в пізніший період його історії. Після того, як учені вивчили відстані до далеких галактик, вони зрозуміли, що Всесвіт не просто розширюється, а швидкість його розширення прискорюється. Ця швидкість вища, ніж передбачає головна космологічна теорія. Чому так відбувається? Вчені намагаються з'ясувати, але автор статті для видання Space Раян Кілі з Каліфорнійського університету в Мерседі вважає, що розгадка ховається в ранньому Всесвіті.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Темна енергія і космологічна стала

Астрофізики вважають, що за прискорене розширення Всесвіту відповідає темна енергія. Досі її природа не зовсім зрозуміла, але її поведінку можна пояснити космологічною постійною, яка є властивістю простору-часу, що сприяє розширенню Всесвіту.

Цю постійну вперше ввів у науковий обіг Альберт Ейнштейн. У своїй теорії відносності фізик позначив цю постійну грецькою буквою лямбда. Під час розширення Всесвіту густина енергії космологічної постійної залишається незмінною.

Те, що щільність енергії космологічної сталої не зменшується під час розширення Всесвіту, дуже дивно, але ця властивість допомагає пояснити прискорений Всесвіт.

Стандартна модель космології

Наразі головною теорією космології або стандартною моделлю космології є Модель Лямбда-CDM. Лямбда — це та сама космологічна постійна, а CDM означає холодна темна матерія. Ця модель описує прискорення Всесвіту на його пізніх етапах життя, а також швидкість розширення на ранніх етапах існування космосу.

Зокрема, стандартна модель пояснює факт існування реліктового випромінювання, тобто світла, яке виникло через приблизно 300 тисяч років після народження Всесвіту. Також Модель Лямбда CDM допомагає вченим передбачити значення сталої Габбла, яка насправді не є сталою, а є значенням, яке описує поточну швидкість розширення Всесвіту.

Наразі астрофізики вважають, що стандартна модель космології не є ідеальною. Науковці з'ясували, що значення швидкості розширення Всесвіту під час вимірювання відстаней до далеких галактик і під час вивчення реліктового випромінювання не збігається. Таку розбіжність назвали проблемою Габбла.

Проблема Габбла

Існування цієї проблеми може говорити про те, що Модель Лямбда CDM не повністю відповідає дійсності та її потрібно змінити. Тобто потрібні нові теорії. Пояснити існування проблеми Габбла можна, якщо змінити в стандартній моделі швидкість розширення космосу за низького червоного зміщення в пізні часи існування Всесвіту. Це має допомогти з'ясувати, які фізичні явища можуть спричиняти проблему Габбла.

Наприклад, можливо, темна енергія не є космологічною постійною, а являє собою результат дії гравітації, яка працює зовсім інакше, ніж відомо вченим. У цьому разі темна енергія розвиватиметься в міру розширення Всесвіту, а реліктове випромінювання покаже інше значення сталої Габбла.

Але нещодавні дослідження показують, що вчені не можуть пояснити проблему Габбла просто зміною швидкості розширення в пізньому Всесвіті. Рішення цієї проблеми не відповідають дійсності.

Розв'язання проблеми Габбла

За словами Кілі, він і його колеги розробили статистичні інструменти, які дали змогу перевірити життєздатність усіх моделей, що змінюють швидкість розширення в пізньому Всесвіті. Це було зроблено, щоб зрозуміти, які типи рішень можуть пояснити існування проблеми Габбла.

Вчені перевірили деякі нові моделі розвитку космосу, зокрема ті, які містять в собі темну енергію, що розвивається, коли вона діє по-різному в різний час життя Всесвіту. Також було перевірено моделі, в яких темна енергія взаємодіє з темною матерією, і модифіковані моделі гравітації, в яких гравітація діє по-різному в різний час життя Всесвіту. Але жодна з цих моделей не змогла повністю пояснити існування проблеми Габбла.

За словами Кілі, це означає, що потрібно спрямувати всі зусилля на вивчення раннього Всесвіту, де, найімовірніше, і ховається джерело проблеми Габбла.

Як уже писав Фокус, вчені змоделювали політ в атмосфері Урана і Нептуна. Дослідники кажуть, що людство поки що не створило зонд, який зміг би впоратися із завданням.