Подтверждение возможной изменчивости темной энергии

Астрономы обнаружили вероятность того, что невидимая сила - так называемая темная энергия, которую принято считать константой, может со временем усиливаться. Если такая версия подтвердится, это станет поводом для астрономов переосмыслить свои базовые знания об истории и структуре Вселенной.

В этом новом исследовании используются рентгеновские данные космических телескопов Chandra (NASA) и XMM-Newton (ESA), а также данные в ультрафиолетовом спектре излучения, полученные инструментом Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Эта графика наглядно демонстрирует, что темная энергия может изменяться на протяжении времени. © NASA / CXC / M.Weiss

Темная энергия была впервые обнаружена 20 лет назад в результате измерения расстояния до сверхновой и представляет собой гипотетический тип силы или энергии, которая пронизывает пространство и ускоряет расширение Вселенной. И она охватывает примерно 70 процентов всего содержания вселенной. Модель Lambda-CDM, которая в настоящее время используется в большинстве исследований истории и структуры Вселенной, интерпретирует темную энергию как космологическую постоянную. То есть это энергия, связанная с пустым пространством и постоянная во времени и пространстве.

В основе последних результатов лежит разработка нового метода определения расстояний до квазаров -  быстрорастущих и ярких черных дыр в далекой вселенной. Этот метод, в которых используются данные приблизительно 1600 квазаров, позволяет астрономам определять расстояние до квазаров, расположенных намного дальше от Земли, чем наблюдаемые сверхновые.

Используя эти измерения расстояний, Гвидо Рисалити из Университета Флоренции в Италии и Элизабет Луссо из Университета Дарема в Соединенном Королевстве дополнили расчеты скорости расширения Вселенной значительно большими расстояниями и, следовательно, более ранними периодами времени в истории Вселенной. XMM-Ньютон обнаружил квазары из эпохи, когда Вселенной было всего 2,3 миллиарда лет. Chandra и XMM-Newton зарегистрировали квазары, история которых уходит корнями в эпоху от 1,1 до 2,3 миллиардов лет после Большого взрыва. В настоящее время возраст самой вселенной принято считать в 13,8 миллиарда лет.

Как сообщается в последнем номере журнала Nature Astronomy, исследователи обнаружили скорость расширения, которая отличается от прогнозов модели Lambda CMD. «Мы наблюдали квазары, которые существовали уже через миллиард лет после Большого взрыва, и обнаружили, что скорость расширения Вселенной была быстрее, чем мы предполагали до настоящего времени», - говорит Рисалити. - «Это может означать, что темная энергия становится сильнее с увеличения возраста Вселенной». Новая методика использует ультрафиолетовые и рентгеновские данные этих квазаров для оценки расстояний до них.

В квазарах диск материи, вращающийся вокруг черной дыры, производит ультрафиолетовый свет. Часть ультрафиолетового света сталкивается с электронами в облаке горячего газа над и под диском, и эти столкновения могут увеличивать энергию ультрафиолетового света в диапазоне энергий рентгеновского излучения. Такое взаимодействие создает корреляцию между уровнями наблюдаемого ультрафиолетового и рентгеновского излучений.

Для определения расстояний до квазаров Рисалити и Лассо объединили ультрафиолетовые данные, полученные инструментом Sloan Digital Sky Survey, и рентгеновские данные от Chandra и XMM-Newton в отношении 1598 квазаров, чтобы определить соотношение между яркостью ультрафиолетового излучения и яркостью рентгеновского излучения. Затем, используя эту информацию, они исследовали скорость расширения Вселенной, вплоть до самых ранних эпох ее развития. При этом они нашли доказательства того, что количество темной энергии со временем увеличивается.

«Поскольку этот метод является абсолютно новым, мы предприняли дополнительные шаги, чтобы показать, что этот метод дает нам надежные результаты», - заявила Луссо. - «Мы показали, что результаты нашей методики согласуются с результатами измерений сверхновых, которые отображают историю последних девяти миллиардов лет. И это дает нам уверенность в том, что наши результаты для более ранних периодов также надежны».

Исследователи также уделяют большое внимание выбору своих квазаров, чтобы минимизировать статистические неточности и избежать систематических ошибок, которые могут быть связаны с расстоянием до объекта. Если результат подтвердится, это станет основанием для утверждения, что темная энергия не является космологической постоянной. Это также сможет помочь объяснить разницу между измерением постоянной Хаббла (скорости расширения Вселенной) на основе локальных показателей и измерениями на основе космического микроволнового фона.

На основании наблюдения сверхновых, астрономы еще раньше сообщали, что вселенная, возможно, стала со временем расширяться быстрее, чем это ожидалось по результатам исследований космического микроволнового фона, возникшего вскоре после Большого взрыва.

«Некоторые ученые настаивают на том, что для объяснения этого несоответствия может потребоваться новая физика, которая примет вероятность того, что сила темной энергии возрастает», - поясняет Рисалити. - «И наши новые результаты полностью совпадают с такими предположениями».

С целью дальнейшей проверки этих результатов Рисалити и Луссо планируют использовать большую выборку наблюдений телескопа Chandre за квазарами в широком диапазоне расстояний, используя при этом ту же технику расчетов.