Темная энергия звучит как название неизвестного вещества, спрятанного между галактиками. На самом деле это прежде всегоярлык для наблюдаемого эффекта: расширение Вселенной ускоряется. В конце XX века такой вывод получили по далеким сверхновым, а затем его поддержали другие наблюдения.
В стандартной модели ΛCDM ускорение описывает космологическая постоянная. Ее можно представить как свойство пустого пространства с неизменной плотностью энергии. Но представить — не значит понять. Теоретическое объяснение величины этой постоянной остается одной из трудных задач физики.
2. Можно ли обойтись без темной энергии?
В принципе да, но цена такого решения высока. Общая теория относительности связывает геометрию пространства-времени с материей и энергией. Если наблюдаемое расширение не удается объяснить привычным содержимым космоса, можно изменить правую часть уравнений, добавив темную энергию. А можно изменить сам закон гравитации на огромных расстояниях.
Есть и более осторожная идея: Вселенная неоднородна, в ней существуют пустоты, скопления и нити галактик. Возможно, усреднение сложной структуры влияет на выводы об общем расширении сильнее, чем принято считать. Такие эффекты изучают, однако пока они не заменили темную энергию в согласованном описании всех данных.
Отказ от темной энергии не убирает загадку. Он переносит ее в устройство гравитации или в способ, которым мы описываем пространство.
3. Какие альтернативы проверяют?
У исследователей есть несколько направлений:
- измененная гравитация, которая на космологических масштабах работает немного иначе, чем теория Эйнштейна;
- динамическое поле, чья плотность и давление меняются со временем;
- влияние крупномасштабной неоднородности и особенностей усреднения;
- взаимодействие темной энергии с темной материей.
Второй и четвертый варианты формально не отменяют темную энергию, но делают ее не постоянной, а меняющейся частью космоса. Это важно, потому что вопрос «существует ли она» зависит от определения. Даже если космологическая постоянная окажется неверной, причина ускорения все равно потребует названия и физического объяснения.
4. Что показал DESI?
Спектроскопический проект DESI строит трехмерную карту миллионов галактик и измеряет характерный масштаб их распределения. Результаты первых трех лет, объединенные с данными о микроволновом фоне и сверхновых,усилили намек, что свойства темной энергии могли меняться со временем.
Но это еще не открытие. Значимость зависит от того, какие наборы сверхновых добавлены к анализу, а полные результаты пятилетнего обзора ожидают отдельной обработки. Научно корректная формулировка сегодня такова: постоянная темная энергия по-прежнему остается рабочей моделью, однако появились веские причины проверить более сложные варианты.
5. Как отличить энергию от ошибки в геометрии?
Одного графика расширения недостаточно. Разные модели могут давать похожие расстояния до галактик. Поэтому астрономы одновременно измеряют:
- как менялся темп расширения;
- как быстро росли скопления материи;
- как масса искривляет свет далеких галактик;
- как устроен микроволновый фон.
Измененная гравитация и темная энергия обычно по-разному влияют на рост структуры и гравитационное линзирование. Здесь особенно полезны совместные наблюдения DESI, Euclid и других обзоров.
Так что сценарий без привычной темной энергии возможен. Но он не означает, что ускорение было иллюзией. Скорее, мы могли правильно заметить явление и пока неверно назвать его причину. Для физики это не поражение, а нормальный путь: сначала измерить странность, затем десятилетиями выяснять, какое устройство мира за ней стоит.
