Физики усомнились в основаниях для существования темной энергии

Астрономы из Дании, Италии и Великобритании провели исследование скорости расширения Вселенной на крупнейшей выборке сверхновых Iа типа. Собранные авторами данные указывают на то, что ускорение расширения Вселенной может быть не таким выраженным, как было показано Нобелевскими лауреатами Перлмуттером, Шмидтом и Райсом. Более того, новые данные статистически согласуются и с нулевым значением ускорения, которое не требует введения понятия темной энергии. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports, кратко о нем сообщает пресс-релиз Оксфордского университета.

Факт того, что Вселенная расширяется с ускорением, астрономы доказали с помощью наблюдений за стандартными свечами — объектами, абсолютная светимость которых жестко связана с другими, явно наблюдаемыми параметрами (например, период пульсаций у Цефеид). Такое свойство стандартных свечей позволяет очень точно определить расстояние до них. 

В данном случае роль стандартных свечей играли вспышки сверхновых Ia типа — взрывы белых карликов, масса которых достигла критического значения. Дополнив эти данные измерениями красного смещения — сдвига полос в спектре «свечей» из-за большой скорости удаления от Земли, — астрономы получили картину расширения видимой части Вселенной. Однако оказалось, что далекие «свечи» были тусклее, чем то предсказывала модель равномерно расширяющейся Вселенной. Именно открытие ускорения стало причиной введения темной энергии.

Выборка, использованная научными группами нобелевских лауреатов, состояла из примерно 60 вспышек сверхновых. На сегодняшний день известны уже сотни таких объектов, что позволяет уточнить заключение ученых и переопределить космологические параметры Вселенной. В новой работе авторы использовали выборку из 740 вспышек сверхновых Ia типа.

В качестве стандартизации «свечей» — параметра, по которому определялась абсолютная светимость сверхновой — авторы использовали форму кривой блеска, иными словами то, как быстро яркость сверхновой падала со временем. С новой выборкой ученые обнаружили, что статистическая значимость отличия наблюдаемого ускорения Вселенной от нуля не превышает трех сигма (стандартных отклонений). Отметим, что общепринятая планка статистической значимости, требуемая для открытия в области физики элементарных частиц составляет пять сигма. 

Авторы сравнивают эту ситуацию с историей, развернувшейся вокруг находки экспериментами Большого адронного коллайдера двухфотонного пика при 750 гигаэлектронвольтах. На сравнительно небольшой выборке протон-протонных столкновений этот пик имел статистическую значимость более 3,4 сигма, что указывало на возможность существования новой, не предсказанной Стандартной моделью частицы. Физики со всего мира написали около 500 работ, объясняющих природу этой частицы. Когда специалисты БАК увеличили выборку столкновений в четыре раза, значимость пика упала до уровня статистической флуктуации. 

Ученые отмечают, что есть и независимые данные, указывающие на ускорение расширения Вселенной. К примеру, результаты миссии космического телескопа «Планк» по анализу флуктуаций реликтового излучения. Но, по словам авторов, космология, в которой нет темной энергии, не противоречит экспериментальным данным «Планка».

Отсутствие ускорения может свидетельствовать о том, что темной энергии не существует. Однако сделать такой вывод можно только собрав большее количество данных. Авторы надеются, что точку в вопросе поможет поставить телескоп E-ELT (European Extremely Large Telescope). Планируется, что он проведет 10-15-летние сверхточные спектральные наблюдения за изменениями красного смещения. Если удастся обнаружить, что со временем красное смещение увеличивается, то это станет свидетельством ускорения расширения Вселенной.

В согласии с современной космологической моделью, наша Вселенная состоит из привычной барионной материи лишь на 4,9 процента. Большую долю занимает гравитирующая темная материя — 26,8 процента. На долю темной энергии приходится 68,3 процента нашего мира. Вместе с тем, эксперименты по поиску темной энергии до сих пор не дали положительных результатов. В частности мы писали о поисках хамелеонных полей — пятой силы, свойства которой сильно меняются в зависимости от ее окружения. 

Владимир Королёв