Российские физики решили главную космологическую загадку десятилетия

Космологи и физики из Института теоретической физики РАН предположили, что расхождения в скорости расширения Вселенной, вычисленные по вспышкам сверхновых и "эхо" Большого Взрыва, можно объяснить тем, что темная энергия нестабильна и постепенно превращается в темную материю, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

"Если Эйнштейн прав на 100%, то темная энергия неизменна и вечна. Но что, если он прав только, скажем, на 99,99%? Темной энергии в природе так много, что если бы даже ничтожная доля ее за 14 миллиардов лет, прошедших с периода Большого Взрыва, распалась на известные элементарные частицы, в том числе на фотоны, то это был бы колоссальный новый источник энергии, полезной для человечества", – рассказывает Алексей Старобинский из ИТФ РАН, чьи слова приводит пресс-служба института.

Темные дела Вселенной

Еще в 1929 году знаменитый астроном Эдвин Хаббл доказал, что наша Вселенная не стоит на месте, а постепенно расширяется, наблюдая за движением далеких от нас галактик. В конце 20 века астрофизики обнаружили, наблюдая за сверхновыми первого типа, что она расширяется не с постоянной скоростью, а с ускорением. Причиной этого, как сегодня считают ученые, является "темная энергия" – загадочная субстанция, действующая на материю как своеобразная "антигравитация".

В июне 2016 года, нобелевский лауреат Адам Рисс (Adam Reiss) и его коллеги, открывшие этот феномен, вычислили точную скорость расширения Вселенной сегодня, используя переменные звезды-цефеиды в соседних галактиках, расстояние до которых можно вычислить со сверхвысокой точностью.

Это уточнение дало крайне неожиданный результат – оказалось, что две галактики, разделенные расстоянием примерно в 3 миллиона световых лет, разлетаются со скоростью около 73 километров в секунду. Подобная цифра заметно выше, чем показывают данные, полученные при помощи орбитальных телескопов WMAP и Planck – 69 километров в секунду, и ее невозможно объяснить при помощи имеющихся у нас представлений о природе темной энергии и механизме рождения Вселенной. 

Эти расхождения заставили ученых, в том числе и академика Старобинского, задуматься о двух возможных путях объяснения этой аномалии. С одной стороны, вполне возможно, что замеры "Планка" или Рисса и его коллег являются ошибочными или неполными. С другой — вполне допустимо и то, что свойства темной материи или темной энергии заметно изменились за время жизни Вселенной, что могло изменить скорость ее расширения.

Самый простой и логичный вариант подобных изменений, как предположили Старобинский и его коллеги, заключается в нестабильном характере темной энергии или темной материи. Подобные идеи, как отмечает академик, уже излагались советскими учеными в середине 1930 годов, однако они тогда предполагали, что "темные" субстанции должны распадаться в видимые формы материи.

Конец космологической вечности

Сейчас российские космологи считают, что распад их частиц ведет к формированию новых "темных" компонентов Вселенной. В таком случае на их распад не влияют внешние условия, в том числе текущая скорость расширения мироздания, его возраст и прочие характеристики, а только внутренние свойства темной материи и энергии, в результате чего скорость расширения Вселенной и другие ее свойства, зависящие от соотношения их долей в мироздании, будут плавно меняться.

Подобные распады, как объясняет физик, могут идти тремя путями – в результате процесса, похожего на разрушение ядер "обычных" нестабильных элементов, прямого превращения темной энергии в темную материю, и превращения темной энергии в "темное излучение" – поток легких частиц и своеобразных "темных" фотонов, не взаимодействующих с видимой материей. 

"Анализ показал, что вторая модель лучше остальных позволяет объяснить как существующие космологические параметры наблюдаемой Вселенной, так и ее эволюцию в прошлом. Из нее вытекает, что время полураспада темной энергии по этому каналу не менее, чем в 17 раз превосходит возраст Вселенной. Другими словами, если распад темной энергии на темную материю и происходит, то он идет очень медленно", – продолжает Старобинский.

Подобный сценарий, как отмечает ученый, хорошо описывает те расхождения в скоростях расширения Вселенной, которые были открыты Риссом и его командой, и аналогичные данные, полученные в рамках проекта BOSS, направленного на поиски следов Большого Взрыва в распределении галактик по Вселенной.

Если эти данные подтвердятся в ближайшем будущем, то их можно будет считать подтверждением модели Старобинского и коллег и первым доказательством того, что темная материя не является неизменной и стабильной, как постулирует стандартная космологическая модель.

Источник