Темна енергія може бути складнішою, ніж досі вважали науковці.
З чого складається Всесвіт? Це питання турбує астрономів сотні років.
Останні чверть століття науковці вважали, що «нормальна» речовина, тобто атоми і молекули, з яких складаються тіла людей, Земля та майже все, що ми бачимо, становить лише п’ять відсотків Всесвіту. Ще двадцять п’ять відсотків — це «темна матерія», невідома матерія, яку ми не можемо побачити, але яку можемо виявити через її гравітаційний вплив на звичайну матерію.
Решта 70% космосу складається з «темної енергії». Відкрита у 1998 році, ця невідома форма енергії, як вважають науковці, змушує Всесвіт розширюватися зі зростаючою швидкістю.
У новому дослідженні астрономи виміряли властивості темної енергії докладніше, ніж будь-коли раніше. Результати показують: це може бути гіпотетична енергія вакууму, яку вперше запропонував Айнштайн. Або ж це щось більш дивне та складніше, що змінюється з часом.
Що таке темна енергія?
Коли Айнштайн понад століття тому розробив Загальну теорію відносності, він зрозумів: його рівняння показують, що Всесвіт має або розширюватися, або стискатися. Це він, після консультацій з астрономами, вважав неправильним, тому додав у рівняння космологічну сталу. Нею він позначив енергію, притаманну порожньому простору, — щоб врівноважити силу тяжіння та зберегти статичність Всесвіту.
Пізніше, коли Едвін Габбл, спираючись на роботу Генрієтти Лівітт, показав, що Всесвіт насправді розширюється, Айнштайн відмовився від космологічної сталої і назвав її своєю «найбільшою помилкою».
Однак у 1998 р. дві групи дослідників виявили — Всесвіт не просто розширюється, а розширюється з прискоренням. Це означає, що все-таки може існувати щось дуже схоже на космологічну сталу Айнштайна — те, що ми зараз називаємо темною енергією.
Після тих перших вимірювань астрономи використовували наднові та інші зонди для вимірювання природи темної енергії. Досі ці результати показували: густина темної енергії у Всесвіті начебто постійна.
Це означає, що сила темної енергії залишається незмінною, навіть коли Всесвіт збільшується в розмірах — здається, вона не меншає, попри те, що Всесвіт стає більшим. Астрономи вимірюють темну енергію з урахуванням параметра рівняння стану [pde = wdec2ρde], який позначено малою літерою грецької абетки омега (w). Космологічна стала Айнштайна фактично відповідає значенню омега -1. І виконані раніше спостереження показали, що це приблизно так і є.
Зорі, що вибухають, як космічні лінійки
Як астрономи визначають, що є у Всесвіті, і як швидко він росте? У них немає величезних рулеток чи гігантських ваг, тому вони використовують «стандартні свічки»: об’єкти в космосі, яскравість яких відома.
Уявіть, що зараз ніч, і ви стоїте на довгій дорозі з кількома стовпами з ліхтарями. Усі ліхтарі мають однакову лампочку, але ліхтарі на стовпах, що стоять далі, слабші, ніж ближчі до вас.
Це тому, що світло слабшає пропорційно відстані. Якщо ми знаємо потужність лампочки та можемо виміряти, яка її яскравість, ми можемо обчислити відстань до стовпа освітлення.
Для астрономів космічна лампочка — це різновид зорі, що вибухнула і яку вони називають надновою типу Ia. Це зорі білі карлики, які часто перетягують на себе речовину з сусідньої зорі та накопичують масу, поки не досягнуть 1,44 маси нашого Сонця. Після цього вони вибухають. Вимірявши швидкість згасання вибуху, астрономи можуть визначити, яким яскравим він був і, отже, як далеко від нас це трапилося.
Огляд темної енергії (The Dark Energy Survey)
Огляд темної енергії — це найбільша спроба вимірювання темної енергії. Понад 400 науковців з різних континентів працюють разом протягом майже десятиліття, щоб неодноразово спостерігати обрані ділянки південного неба.
Повторні спостереження дають змогу виявляти зміни, як от появу наднових зір, що спалахують. Що частіше ви спостерігаєте, то краще ви можете вимірювати ці зміни, і що більшу ділянку ви оглядаєте, то більше наднових ви можете знайти.
Перші результати, що вказують на існування темної енергії, спиралися на спостережні дані щодо лише пари десятків наднових. Останні результати Огляду темної енергії засновані на спостереженнях близько 1500 спалахів зір, що дає набагато більшу точність.
За допомогою спеціально сконструйованої камери, встановленої на 4-метровому телескопі Бланко в Міжамериканській обсерваторії Серро-Тололо в Чилі, дослідники виявили тисячі наднових зір різних типів. Щоб визначити, які з них належать до типу Ia (типу, який потрібен для вимірювання відстаней), вони використали 4-метровий Англо-австралійський телескоп в обсерваторії Сайдінґ Спрінґ у Новому Південному Уельсі.
Англо-австралійський телескоп дав змогу отримати спектри наднових зір. За спектрами астрономи можуть бачити «сліди» окремих елементів у момент вибуху.
Наднові типу Ia мають деякі унікальні особливості, наприклад відсутність водню та кремнію. І завдяки достатній кількості наднових і машинному навчанню, астрономи ефективно класифікували тисячі наднових.
Складніша, ніж космологічна стала
Нарешті, після понад десяти років роботи та вивчення близько 1500 наднових зір типу Ia, колаборація «Огляд темної енергії» отримала нове найкраще вимірювання значення параметра w. Науковці знайшли, що w = -0,80 ± 0,18, тобто десь між -0,62 і -0,98.
Це дуже цікавий результат. Це близько до -1, але не точно -1. Щоб темна енергія відповідала космологічній сталій, тобто була енергією порожнього простору чи, як ще часто говорять, фізичного вакууму, вона має дорівнювати точно -1.
Куди це нас веде? До ідеї, що може знадобитися складніша модель темної енергії, можливо, така, в якій ця таємнича енергія змінювалася протягом існування Всесвіту.
За інф. з сайту https://phys.org
P.S. Докладніше про результати проєкту «Огляд темної енергії» читайте в замітці «Огляд темної енергії оприлюднив остаточні результати аналізу найбільшої та найодноріднішої вибірки наднових зір», вміщеній у рубриці «Новини».
