Дослідники знайшли новий спосіб вимірювання темної енергії — таємничої сили, яка становить понад дві третини Всесвіту та відповідає за його прискорене розширення — в нашому власному космічному оточенні.
Дослідники з Кембриджського університету виявили, що можна зафіксувати та виміряти темну енергію, вивчивши Андромеду, сусіда нашої галактики, який перебуває на шляху сповільненого зіткнення з Молочним Шляхом.
Відтоді як її вперше виявили наприкінці 1990-х років, науковці спостерігали дуже далекі галактики для вивчення темної енергії, але ще не відкрили її прямо. Однак дослідники з Кембриджу з’ясували: можна встановити верхню межу значення космологічної сталої, яка є найпростішою моделлю темної енергії, вивчаючи зустрічний рух Андромеди та Молочного Шляху із врахуванням сукупної маси галактик. Верхня межа, яку встановили науковці, вп’ятеро перевищує значення космологічної сталої, визначене на підставі спостережень раннього Всесвіту.
Обмеження на значення космологічної сталої (її позначають грецькою літерою L) порівняно з обмеженнями, визначеними за даними від космічного телескопа «Планк». Очікується, що майбутні вимірювання, зокрема за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, значно покращать обмеження, накладені методом подвійних галактик. [Адаптовано з Benisty et al. 2023]. Фото з сайту https://aasnova.org.
Хоча цей метод ще тільки запропоновано, дослідники кажуть, що можна виявити темну енергію, вивчаючи наше космічне довкілля. Про результати вчених повідомив The Astrophysical Journal Letters.
Усе, що ми можемо бачити на нашій планеті та на небі — від крихітних комах до величезних галактик — становить лише п’ять відсотків спостережуваного Всесвіту. Решта належить темній субстанції: науковці вважають, що приблизно 27% Всесвіту складається з темної матерії, яка утримує об’єкти, а 68% — це темна енергія, яка розштовхує об’єкти.
«Темна енергія — це загальна назва для сімейства моделей, які можна додати до теорії гравітації Айнштайна», — сказав перший автор дослідження доктор Девід Беністі (David Benisty) з факультету прикладної математики та теоретичної фізики. «Найпростіша версія серед цих моделей відома як космологічна стала: енергія постійної густини, яка відштовхує галактики одна від одної».
Космологічну сталу тимчасово додав Айнштайн у рівняння своєї загальної теорії відносності. Протягом 1930-х — 1990-х років її значення космологи вважали нульовим. Аж поки не було виявлено, що невідома сила — темна енергія — спричиняє прискорення розширення Всесвіту. Однак є принаймні дві великі проблеми з темною енергією: ми точно не знаємо, що це таке, і ми не зареєстрували її прямо.
Від часу першого виявлення темної енергії астрономи розробили різноманітні методи реєстрації темної енергії, більшість із яких передбачає вивчення об’єктів із раннього Всесвіту та вимірювання того, як швидко вони віддаляються від нас. Розкрити вплив темної енергії мільярди років тому нелегко: бо це слабка сила, що діє між галактиками. Темну енергію легко переважає набагато сильніша сила тяжіння всередині галактик.
Однак є одна ділянка Всесвіту, яка напрочуд чутлива до темної енергії, і вона міститься на нашому власному космічному задньому дворі. Галактика Андромеди є найближчою до Молочного Шляху, і дві галактики перебувають на шляху зіткнення. Коли вони зблизяться, дві галактики почнуть дуже повільно обертатися одна навколо одної. Один оберт займе 20 мільярдів років. Однак через величезні сили тяжіння задовго до утворення єдиної галактики, приблизно через п’ять мільярдів років, дві зоряні системи почнуть зливатися та падати одна в одну.
«Андромеда — єдина галактика, яка не тікає від нас, тому вивчаючи її рух і масу ми, можливо, зможемо зробити деякі визначення щодо космологічної сталої та темної енергії», — сказав Беністі, який також є науковим співробітником у Королевському коледжі.
Створивши кілька комп’ютерних симуляцій, заснованих на найкращих доступних оцінках маси обох галактик, Беністі та його співавтори — професор Енн Девіс (Anne Davis) з факультету прикладної математики та теоретичної фізики і професор Він Еванс (Wyn Evans) з Інституту астрономії — виявили, що темна енергія впливає на рух Андромеди та галактики Молочний Шлях.
«Темна енергія впливає на кожну пару галактик: гравітація хоче зблизити галактики, а темна енергія розштовхує їх», — сказав Беністі. «У нашій моделі, коли ми змінюємо значення космологічної сталої, то бачимо, як це змінює орбіти двох галактик. Зважаючи на їхні маси, ми можемо встановити верхню межу космологічної сталої, яка приблизно вп’ятеро вища, ніж її значення, виміряне зі спостережень далеких об’єктів у Всесвіті».
Дослідники кажуть, що хоча цей метод може виявитися надзвичайно цінним, він не дає змоги прямо зареєструвати темну енергію. Дані від космічного телескопа Джеймса Вебба забезпечать набагато точніші вимірювання маси та руху Андромеди, що може допомогти зменшити верхню межу значення космологічної сталої.
Крім того, вивчаючи інші пари галактик, можна було б удосконалити метод та визначити, як темна енергія впливає на наш всесвіт. «Темна енергія — одна з найбільших таємниць у космології», — сказав Беністі. «Можливо, її вплив змінюється залежно від відстані та часу, але ми сподіваємося, що цей метод допоможе розкрити загадку».
За інф. з сайтів https://phys.org та https://aasnova.org
