Вселенная «Большого сжатия» оказалась более вероятна, чем считалось ранее

Десятилетиями космологи считали, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, движимая темной энергией — все еще необъяснимой силой, заставляющей пространство растягиваться все быстрее и быстрее. Однако в новом исследовании  Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ученые выдвинули аргументы в пользу того, что темная энергия может ослабевать с течением времени. Это ставит под сомнение устоявшиеся космологические теории и вновь открывает дискурс о возможности гигантского коллапса, известного как «Большое сжатие».

Темная энергия является фундаментальным компонентом космологии. В текущей стандартной модели, известной как Lambda Cold Dark Matter (Lambda-CDM), считается, что массово-энергетическое содержание Вселенной состоит примерно из 5% обычной материи, 27% темной материи и 68% темной энергии. Эта таинственная сила противодействует гравитации, заставляя галактики расходиться и формируя крупномасштабную структуру космоса.

Модель Lambda-CDM предполагает, что темная энергия остается постоянной. Из этого следует, что Вселенная будет продолжать расширяться бесконечно, в итоге оставляя галактики изолированными в холодной, темной пустоте.

Однако последний анализ DESI предполагает более сложную картину. Международный проект, базирующийся в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне на высоте 2100 м, включает в себя более 900 ученых из 70 учреждений. Для этого исследования они использовали данные почти 15 миллионов галактик и квазаров, чтобы смоделировать самую большую трехмерную карту нашей Вселенной из когда-либо созданных. Изучая «красное смещение» этих далеких объектов — то, как их свет растягивается по мере удаления от нас — ученые реконструировали историю расширения Вселенной за последние 11 миллиардов лет.

Удивительно, но в сочетании с независимыми наблюдениями за взрывами сверхновых звезд, космическим микроволновым фоновым излучением и слабым гравитационным линзированием данные DESI указывают на то, что темная энергия может быть непостоянной. Вместо этого ее влияние, по-видимому, постепенно уменьшается — результат, на который впервые обратили внимание в 2024 году, но теперь он значительно подкреплен новым набором данных.

«Это самый большой намек на природу темной энергии, который у нас есть примерно за 25 лет с момента ее открытия», — говорит Адам Рисс, заслуженный профессор Университета Джонса Хопкинса и один из первооткрывателей темной энергии в 1998 году. Хотя результаты все еще не достигают порога «5 сигм» — уровня достоверности, обычно необходимого для официального открытия в физике, — теперь они достигли статистической значимости между 2,8 и 4,2 сигм, в зависимости от используемых комбинаций наборов данных.

Если это подтвердится, эволюционирующая природа темной энергии откроет интригующие перспективы. Ослабляющая тенденция может означать, что рост нашей Вселенной, вместо того, чтобы продолжаться вечно, может значительно замедлиться, в конечном итоге стабилизировавшись на плато или даже обратившись вспять. Самый драматичный сценарий приведет к тому, что она перестанет расширяться, а затем начнет сжиматься обратно и в конечном итоге достигнет невообразимо плотного и горячего состояния. Это событие, известное как «Большое сжатие», будет напоминать инверсию Большого взрыва.

Альтернативный сценарий, названный «Большой разрыв», также основывается на поведении темной энергии, но предполагает, что она усиливается, а не ослабевает. В этом случае темная энергия в конечном итоге разорвет вселенную по швам, разорвав галактики, звезды, планеты и, в конечном итоге, даже атомы. Однако наблюдения DESI, по-видимому, говорят в пользу сценария ослабления темной энергии, что делает Большой разрыв более правдоподобным, чем считалось ранее.

«Мы руководствуемся «бритвой Оккама», и самое простое объяснение того, что мы видим, — это смещение», — объясняет Уилл Персиваль, сопредседатель DESI и профессор астрофизики в Университете Ватерлоо. «Все больше и больше похоже на то, что нам, возможно, потребуется модифицировать нашу стандартную космологическую модель, чтобы объединить эти различные наборы данных, и эволюция темной энергии кажется многообещающей».

«Мы позволяем Вселенной рассказывать нам, как она устроена, и, возможно, Вселенная говорит нам, что она сложнее, чем мы думали», — говорит Андрей Кучеу, научный сотрудник лаборатории Беркли и сопредседатель рабочей группы DESI Lyman-alpha, которая составляет карту далекой Вселенной с использованием распределения межгалактического водородного газа.

«Дело не только в том, что данные продолжают свидетельствовать о предпочтении эволюции темной энергии, но и в том, что сейчас доказательства более убедительны, чем раньше», — сказал Сешадри Надатур, профессор Портсмутского университета и сопредседатель рабочей группы DESI по кластеризации галактик и квазаров. «Мы также провели множество дополнительных тестов по сравнению с первым годом, и они дают нам уверенность в том, что результаты не обусловлены каким-то неизвестным эффектом в данных, который мы не учли».

«Этот результат, касающийся темной энергии, — это то, чего мы не ожидали увидеть при нашей жизни», — заверил Мустафа Исхак-Бушаки, профессор физики и астрофизики в Техасском университете в Далласе. «Что касается теоретических моделей, то ящик Пандоры только что открылся».

«Наши результаты являются благодатной почвой для наших коллег-теоретиков, и мы с нетерпением ждем, к чему они приведут. Какова бы ни была природа темной энергии, она будет определять будущее нашей Вселенной», — утверждает Майкл Леви, директор DESI и ученый из лаборатории Беркли. «Это довольно примечательно, что мы можем посмотреть на небо с помощью наших телескопов и попытаться ответить на один из самых важных вопросов, которые когда-либо задавало человечество».

В настоящее время DESI выполняет четвертый год своей пятилетней миссии. К концу своей работы он проведет измерения около 50 миллионов галактик и квазаров, что позволит получить еще более точные данные. Другие предстоящие проекты, такие как космический телескоп НАСА «Нэнси Грейс Роман» и обсерватория Веры Рубин в Чили, продолжат изучение природы темной энергии и помогут определить, действительно ли наше понимание Вселенной нуждается в пересмотре.

Тем временем космологам приходится сталкиваться с поразительной неопределенностью. Независимо от того, суждено ли нашей Вселенной бесконечное расширение или впечатляющий коллапс, эти недавние открытия напоминают нам о том, что космос по–прежнему таит в себе сюрпризы, терпеливо ожидая, когда мы раскроем его секреты.