Темная энергия: что это такое и меняется ли она со временем
Международная группа ученых опубликовала первый отчет об исследовании Вселенной с помощью спектрографа DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Этот прибор установлен на 4-метровом телескопе Николаса Мэйолла в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Устройство состоит из 5 тыс. роботов, которые могут автоматически менять угол наблюдения. Это самый мощный спектрограф в мире: DESI способен проанализировать активность 100 тыс. галактик за одну ночь. Он помогает исследователям определить расстояние до галактик, квазаров и звезд — для создания подробной трехмерной космической карты. Программа сбора данных стартовала в 2021 году и продлится 5 лет.
Год назад астрономы начали подробно изучать темную энергию с помощью DESI, чтобы понять природу этого явления и определить скорость расширения Вселенной на разных этапах ее существования.
Что такое темная энергия
Темная энергия практически не изучена, поэтому все, что о ней сегодня известно, это теории и предположения астрономов. В 1990-х ученые выяснили, что Вселенная ускоренно расширяется, однако что именно на нее влияет — неизвестно. Силу, которая оказывает на галактики и планеты отрицательное давление и заставляет их отдаляться друг от друга, астрономы и назвали «темной энергией». Большинство исследователей сходятся во мнении, что натемную энергию приходится примерно 70% Вселенной. При этом ее физическая природа все еще остается загадкой.
Согласно современным представлениям, темная энергия — постоянная, неменяющаяся сила, из-за которой Вселенная ускоренно расширяется. Однако ученые, работающие с DESI, выяснили, что галактики сегодня находятся ближе друг к другу, чем предполагалось ранее. Астрономы сделали вывод, что темная энергия на самом деле изменчива — становится сильнее или слабее.
Это первые результаты DESI, и проанализировать такой объем данных сложно. Но свидетельства того, что темная энергия непостоянна, — это лучшая новость, которую я слышал за последние 20 лет.
Майкл Тернерпрофессор Чикагского университета, космолог, ввел термин «темная энергия»
В отчете отмечается, что это открытие — «спасение от мрачных предсказаний о конечности судьбы Вселенной». Если рассматривать темную энергию как постоянную силу, то она в конечном счете «отодвинула» бы звезды и галактики так далеко друг от друга, что Вселенная не смогла бы больше существовать.
Что такое теория Большого разрыва
Это одна из гипотез о судьбе Вселенной. Согласно этой теории, космические тела под действием темной энергии будут стремительно отдаляться друг от друга. Скопления галактик, связанные силой взаимного притяжения, начнут разлетаться. В результате плотность темной энергии настолько превысит силу гравитации, что сами галактики начнут постепенно распадаться. Начнут ослабевать и связи между молекулами, все тела Солнечной системы распадутся на атомы. По подсчетам сторонников этой теории, до Большого разрыва осталось 2 трлн лет.
Но, согласно результатам исследования команды DESI, темная энергия со временем эволюционирует и не является постоянной. Это значит, что Вселенная не расширяется бесконечно и теория Большого разрыва нерелевантна.
Из чего состоит Вселенная: темная материя и обычное вещество
Помимо темной энергии, в «составе» Вселенной также холодная темная материя и обычное, или барионное вещество.
- Темная материя — примерно 25% Вселенной. Это материя, которая не вступает в электромагнитные взаимодействия, то есть не испускает свет. Она оказывает гравитационное воздействие и влияет на движение звезд в галактиках. У астрономов нет карты распределения темной материи и точного понимания, как она повлияла на эволюцию космоса. Поэтому летом 2023-го Европейское космическое агентство запустило в космос миссию «Евклид»: ее задача, как и у DESI, составить 3D-карту космоса, а также изучить миллиарды галактик, чтобы «найти следы темной материи».
- Обычное вещество — примерно 5% Вселенной. Это известные науке химические элементы и фундаментальные частицы. Самые распространенные элементы во Вселенной — водород (около 73%) и гелий (25%). В основном обычная материя представлена межгалактическим газом (3,4% в общем объеме Вселенной), а также астрофизическими объектами — кометами, звездами, планетами (0,6%).
Первые результаты работы DESI: самая подробная 3D-карта Вселенной
Промежуточный результат исследования Вселенной, которое началось в 2021 году, представили в январе 2022 года. Команде астрономов с помощью DESI удалось каталогизировать более 7,5 млн галактик. Группа исследователей опубликовала часть трехмерной карты, но даже эта часть — самая большая и подробная на сегодняшний день 3D-карта распределения галактик.
Каждый месяц на 3D-карту добавляют около миллиона галактик. К 2026 году, когда проект завершится, ученые продемонстрируют графическое изображение 40 млн галактик.
В процессе наблюдения за Вселенной астрономы уже сделали несколько важных открытий: например, DESI обнаружил массовую миграцию звезд в галактике Андромеды, а также запечатлел удаленные квазары — ядра молодых галактик, которые находятся на огромном расстоянии от Земли.
Фото обложки: NASA