Загадкова темна енергія, яка, на думку вчених, становить 68% Всесвіту, може взагалі виявитися фікцією. Принаймні так вважають члени американсько-угорської команди астрофізиків. Стандартна модель, за їх словами, не враховує структури Всесвіту, що змінюється. Однак якщо цю проблему розв’язати, потреба у темній енергії може взагалі зникнути. Теоретичну модель, що обґрунтовує розширення Всесвіту без темної енергії, вчені опублікували у статті в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Структура Всесвіту, що нагадує піну. Галактики – це стінки бульбашок, всередині яких пустота.
Наш Всесвіт виник у результаті Великого вибуху 13,8 млрд років тому й відтоді він розширюється. Основний доказ цього розширення – закон Габбла, котрий ґрунтується на спостереженнях за галактиками й полягає у тому, що швидкість, з якою вони віддаляються, прямо пропорційна відстані до них.
Швидкість розбігання галактик астрономи визначають за ефектом «червоного зсуву», згідно з якими світло від галактики зміщується в бік червоної (довгохвильової) частини спектра пропорційно відстані до неї. Спостереження за рухом галактик, починаючи з 1920-х рр., привело вчених до висновку, що Всесвіт виник із безмежно малої точки й розширюється протягом усього часу свого існування.
У другій половині ХХ ст., вивчаючи рух зірок всередині галактик, астрономи обґрунтували існування так званої «темної матерії». За сучасними уявленнями, вона становить 27% Всесвіту, натомість «звичайна», тобто видима матерія – лише 5%.
А вже у 1990-х, спостерігаючи за вибухами «білих карликів» у бінарних системах наднових Типу Iа, науковці зробили висновок, що є й третій компонент Всесвіту – темна енергія, – що становить у ньому аж 68%. Саме вона є «двигуном» його розширення.
Тепер фізики на чолі з Ґабором Рачем з Будапештського університету ім. Лоранда Етвеша поставили під сумнів існування цього компонента й виступили з альтернативним поясненням розширення. Вчені стверджують, що космологічні моделі еволюції Всесвіту ґрунтуються на наближеннях до Ейнштейнових рівнянь і не враховують його структури й розподілу густини матерії.
«Рівняння загальної теорії відносності А. Ейнштейна, які описують розширення Всесвіту, з математичної точки зору такі складні, що протягом століття так і не знайшли розв’язків, які враховували б ефект космічних структур. Із дуже точних спостережень за надновими нам відомо, що Всесвіт прискорюється, але у той самий час ми залежимо від грубих наближень до Ейнштейнових рівнянь, які можуть мати серйозні побічні наслідки в моделях, створених для того, щоби відповідати даним спостереження – наприклад, потребу в темній енергії», – пояснює співавтор статті Др. Лашло Добош з Будапештського університету ім. Лоранда Етвеша.
Звичайна і темна матерія заповнюють Всесвіт, неначе монтажна піна, у якій галактики, згруповані в суперкластери, – це тонкі стінки «бульбашок». Внутрішній простір цих «бульбашок» порожній від обох типів матерії.
За допомогою комп’ютерних симуляцій науковці змоделювали вплив гравітації на розподіл мільйонів часток темної матерії та реконструювали еволюцію Всесвіту, включаючи ранні згромадження матерії та формування великомасштабної структури.
На відміну від традиційних моделей, в яких Всесвіт розширюється рівномірно, врахування цих структур зумовлює модель, у якій різні його ділянки розширюються в різному темпі. Середній темп, однак, співмірний із чинними спостереженнями.
Др. Добош додає: «Загальна теорія відносності має фундаментальне значення для розуміння еволюції Всесвіту. Ми не ставимо її під сумнів. Натомість ми сумніваємося в значущості наближених розв’язків. Наші результати ґрунтуються на математичній гіпотезі, яка дозволяє обґрунтувати диференційне розширення космосу. Це дає змогу пояснити формування складних структур матерії, які ми у ньому бачимо. Раніше не цю проблему не зважали, але її врахування може пояснити розширення Всесвіту без темної енергії».
Якщо результати американсько-угорської команди підтвердяться, це може мати суттєвий вплив на космологію. Протягом двох десятиліть учені намагаються з’ясувати, чим є темна енергія, але вона залишається загадкою. Своїми результатами дослідники намагаються хоча б розпочати дискусію.
Explaining the accelerating expansion of the universe without dark energy
ScienceDaily, 30.03.2017
Зреферував Євген Ланюк
05.04.2017