- 27,752
- 46
- 8 Ноя 2022
Тёмная энергия начала слабеть два млрд лет назад. Тёмная материя, похоже, тоже. Случайность?
Около 95% содержимого Вселенной остается невидимым. Примерно 70% приходится на темную энергию , которую связывают с ускоренным расширением пространства, еще около 25% занимает темная материя , удерживающая галактики от разлета. Обе субстанции не излучают, не отражают и не поглощают свет, поэтому астрономы судят о них только по косвенным следам. Новые наблюдения заставили физиков задуматься о более смелой версии: темная энергия и темная материя могут быть не двумя независимыми загадками, а частями одной физической системы.
Поводом стали результаты инструмента DESI, который строит трехмерную карту Вселенной по положению и спектрам миллионов галактик. В 2024 году первые данные указали , что темная энергия, которую в стандартной космологии считают постоянной величиной, могла меняться со временем. В 2025 году анализ на выборке более чем вдвое крупнее снова дал похожий результат . Данные пока не считаются окончательным открытием, но заметно усилили интерес к моделям с меняющейся темной энергией.
Расчеты, согласованные с наблюдениями DESI, допускают, что примерно два миллиарда лет назад плотность темной энергии достигла максимума, а затем начала снижаться. В более раннюю эпоху картина могла быть противоположной: плотность росла по мере расширения Вселенной . Для привычных моделей подобное поведение выглядит странно. Энергию нельзя просто получить из ниоткуда, поэтому рост получил название фантомного режима.
Фантомный режим не обязательно означает нарушение законов сохранения. Проблема может возникать из-за неверного учета. Космологи обычно считают темную материю и темную энергию отдельными компонентами. Если масса частиц темной материи меняется или часть их энергии перетекает в темную энергию, наблюдатель может записать весь необычный эффект на счет темной энергии. Рост ее плотности тогда окажется кажущимся, а не реальным появлением новой энергии.
Идею взаимодействия между двумя темными компонентами обсуждают давно. Еще в 2005 году физики показали , что обмен энергией между темной материей и темной энергией способен создавать видимость фантомного режима. После публикации результатов DESI появились новые модели, где оба компонента меняются согласованно: плотность темной энергии и масса частиц темной материи эволюционируют вместе.
Одна из недавних работ описывает прошлую эпоху, когда темная материя могла передать небольшую часть энергии темной энергии. Темную материю иногда сравнивают с тормозом космического расширения: ее гравитация стягивает вещество и мешает пространству раздуваться быстрее. Ослабление такого тормоза ускорило бы расширение, не требуя появления энергии из ничего.
Связь темного сектора может помочь и с другой старой проблемой, напряжением Хаббла. Скорость расширения Вселенной измеряют двумя способами. Первый опирается на реликтовое излучение, свет ранней Вселенной, по которому восстанавливают темп расширения вскоре после Большого взрыва. Второй использует более близкие объекты, включая сверхновые типа Ia, и показывает, как космос расширяется в сравнительно недавнюю эпоху.
Стандартная модель требует, чтобы оба метода давали одно значение постоянной Хаббла. На практике результаты различаются примерно на 9%. Одни физики объясняют расхождение систематическими ошибками наблюдений, другие видят в нем признак неизвестной физики. Модели с обменом энергией между темной материей и темной энергией позволяют получить разную скорость расширения в разные космические эпохи и тем самым частично снять противоречие.
Самая смелая версия связывает темный сектор с теорией струн. Теория предполагает, что помимо трех знакомых пространственных измерений и времени существуют еще шесть или семь дополнительных измерений. Обычно их размер считают близким к планковской длине, около 10−35 метра. Гипотетическое темное измерение могло бы быть несравнимо крупнее, порядка микрона, или 10−6 метра.
В подобной модели гравитоны, пока еще не обнаруженные частицы-переносчики гравитации, могут частично проникать в дополнительное измерение. Там гравитоны приобретают массу и превращаются в темные гравитоны. В четырехмерной Вселенной их гравитационное действие могло бы проявляться как темная материя. Изменение размера дополнительного измерения одновременно влияло бы и на массу темных гравитонов, и на плотность темной энергии. Модели темного измерения уже рассматривают темные гравитоны как возможный кандидат на роль темной материи.
Работа , опубликованная в июле 2025 года, показала совместимость подобной модели с данными DESI. Она предсказывает медленное уменьшение силы темной энергии и массы темной материи. Скорость изменения темной энергии пропорциональна ее плотности. Плотность чрезвычайно мала, поэтому заметить эффект удалось бы только после наблюдений, охватывающих значительную часть истории Вселенной.
Связанные темные компоненты могут оставлять и другие следы. Если частицы темной материи испытывают дополнительное дальнодействующее притяжение помимо обычной гравитации, столкновение двух близко проходящих галактик должно вытянуть за одной из них необычно длинный приливной хвост из звезд, газа и пыли. Поиск таких хвостов еще в 2006 году не нашел убедительных подтверждений, но позволил установить верхний предел силы дополнительного взаимодействия.
Полученный предел примерно в 20 раз выше силы, которую предсказывает модель темного измерения. Наблюдения пока не поддержали гипотезу напрямую, но и не исключили ее. Совпадение между некоторыми выводами теории струн, космологическими расчетами и данными о расширении Вселенной дает физикам повод продолжать проверку.
Ни одна из моделей пока не объяснила окончательно ни темную энергию, ни темную материю. DESI показал лишь признаки того, что привычная картина с неизменной темной энергией может быть неполной. Дальнейшие карты галактик, наблюдения сверхновых, поиск необычных приливных хвостов и более точные измерения постоянной Хаббла должны показать, действительно ли две главные невидимые составляющие Вселенной обмениваются энергией или загадка скрывается в чем-то другом.
Около 95% содержимого Вселенной остается невидимым. Примерно 70% приходится на темную энергию , которую связывают с ускоренным расширением пространства, еще около 25% занимает темная материя , удерживающая галактики от разлета. Обе субстанции не излучают, не отражают и не поглощают свет, поэтому астрономы судят о них только по косвенным следам. Новые наблюдения заставили физиков задуматься о более смелой версии: темная энергия и темная материя могут быть не двумя независимыми загадками, а частями одной физической системы.
Поводом стали результаты инструмента DESI, который строит трехмерную карту Вселенной по положению и спектрам миллионов галактик. В 2024 году первые данные указали , что темная энергия, которую в стандартной космологии считают постоянной величиной, могла меняться со временем. В 2025 году анализ на выборке более чем вдвое крупнее снова дал похожий результат . Данные пока не считаются окончательным открытием, но заметно усилили интерес к моделям с меняющейся темной энергией.
Расчеты, согласованные с наблюдениями DESI, допускают, что примерно два миллиарда лет назад плотность темной энергии достигла максимума, а затем начала снижаться. В более раннюю эпоху картина могла быть противоположной: плотность росла по мере расширения Вселенной . Для привычных моделей подобное поведение выглядит странно. Энергию нельзя просто получить из ниоткуда, поэтому рост получил название фантомного режима.
Фантомный режим не обязательно означает нарушение законов сохранения. Проблема может возникать из-за неверного учета. Космологи обычно считают темную материю и темную энергию отдельными компонентами. Если масса частиц темной материи меняется или часть их энергии перетекает в темную энергию, наблюдатель может записать весь необычный эффект на счет темной энергии. Рост ее плотности тогда окажется кажущимся, а не реальным появлением новой энергии.
Идею взаимодействия между двумя темными компонентами обсуждают давно. Еще в 2005 году физики показали , что обмен энергией между темной материей и темной энергией способен создавать видимость фантомного режима. После публикации результатов DESI появились новые модели, где оба компонента меняются согласованно: плотность темной энергии и масса частиц темной материи эволюционируют вместе.
Одна из недавних работ описывает прошлую эпоху, когда темная материя могла передать небольшую часть энергии темной энергии. Темную материю иногда сравнивают с тормозом космического расширения: ее гравитация стягивает вещество и мешает пространству раздуваться быстрее. Ослабление такого тормоза ускорило бы расширение, не требуя появления энергии из ничего.
Связь темного сектора может помочь и с другой старой проблемой, напряжением Хаббла. Скорость расширения Вселенной измеряют двумя способами. Первый опирается на реликтовое излучение, свет ранней Вселенной, по которому восстанавливают темп расширения вскоре после Большого взрыва. Второй использует более близкие объекты, включая сверхновые типа Ia, и показывает, как космос расширяется в сравнительно недавнюю эпоху.
Стандартная модель требует, чтобы оба метода давали одно значение постоянной Хаббла. На практике результаты различаются примерно на 9%. Одни физики объясняют расхождение систематическими ошибками наблюдений, другие видят в нем признак неизвестной физики. Модели с обменом энергией между темной материей и темной энергией позволяют получить разную скорость расширения в разные космические эпохи и тем самым частично снять противоречие.
Самая смелая версия связывает темный сектор с теорией струн. Теория предполагает, что помимо трех знакомых пространственных измерений и времени существуют еще шесть или семь дополнительных измерений. Обычно их размер считают близким к планковской длине, около 10−35 метра. Гипотетическое темное измерение могло бы быть несравнимо крупнее, порядка микрона, или 10−6 метра.
В подобной модели гравитоны, пока еще не обнаруженные частицы-переносчики гравитации, могут частично проникать в дополнительное измерение. Там гравитоны приобретают массу и превращаются в темные гравитоны. В четырехмерной Вселенной их гравитационное действие могло бы проявляться как темная материя. Изменение размера дополнительного измерения одновременно влияло бы и на массу темных гравитонов, и на плотность темной энергии. Модели темного измерения уже рассматривают темные гравитоны как возможный кандидат на роль темной материи.
Работа , опубликованная в июле 2025 года, показала совместимость подобной модели с данными DESI. Она предсказывает медленное уменьшение силы темной энергии и массы темной материи. Скорость изменения темной энергии пропорциональна ее плотности. Плотность чрезвычайно мала, поэтому заметить эффект удалось бы только после наблюдений, охватывающих значительную часть истории Вселенной.
Связанные темные компоненты могут оставлять и другие следы. Если частицы темной материи испытывают дополнительное дальнодействующее притяжение помимо обычной гравитации, столкновение двух близко проходящих галактик должно вытянуть за одной из них необычно длинный приливной хвост из звезд, газа и пыли. Поиск таких хвостов еще в 2006 году не нашел убедительных подтверждений, но позволил установить верхний предел силы дополнительного взаимодействия.
Полученный предел примерно в 20 раз выше силы, которую предсказывает модель темного измерения. Наблюдения пока не поддержали гипотезу напрямую, но и не исключили ее. Совпадение между некоторыми выводами теории струн, космологическими расчетами и данными о расширении Вселенной дает физикам повод продолжать проверку.
Ни одна из моделей пока не объяснила окончательно ни темную энергию, ни темную материю. DESI показал лишь признаки того, что привычная картина с неизменной темной энергией может быть неполной. Дальнейшие карты галактик, наблюдения сверхновых, поиск необычных приливных хвостов и более точные измерения постоянной Хаббла должны показать, действительно ли две главные невидимые составляющие Вселенной обмениваются энергией или загадка скрывается в чем-то другом.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
