Намеки на ранее неизвестную, изначальную форму вещества могут объяснить, почему космос теперь, кажется, расширяется быстрее, чем предсказывает теория.
Космологи обнаружили признаки того, что второй тип темной энергии — вездесущая, но загадочная субстанция, которая ускоряет расширение нынешней Вселенной — могла существовать в первые 300 000 лет после Большого взрыва.
Два отдельных исследования — оба были опубликованы на сервере препринтов arXiv за последнюю неделю 1 , 2 — обнаружили предварительный первый след этой « ранней темной энергии » в данных, собранных в период с 2013 по 2016 год Космологическим телескопом Атакама (ACT) в Чили. Если результаты подтвердятся, они могут помочь решить давнюю загадку, связанную с данными о ранней Вселенной, которые кажутся несовместимыми с темпами космического расширения, измеренными сегодня. Но данные предварительные и не показывают окончательно, действительно ли существовала эта форма темной энергии.
«Есть ряд причин, по которым следует с осторожностью воспринимать это как открытие новой физики», — говорит Сильвия Галли, космолог из Парижского института астрофизики.
Авторы обоих препринтов — один опубликован командой ACT, а другой — независимой группой — признают, что данных еще недостаточно, чтобы с высокой степенью уверенности обнаружить раннюю темную энергию. Но они говорят, что дальнейшие наблюдения с ACT и другой обсерватории, телескопа Южного полюса в Антарктиде, могут вскоре предоставить более строгие испытания. «Если это действительно так — если ранняя Вселенная действительно особенность ранних темной энергии — то мы должны видеть сильный сигнал,» говорит Колин Хилл, соавтор бумаги в ACT команде 1 , который является космологом в Колумбийском университете в Нью — Йорк Сити.
Отображение реликтового излучения
И ACT, и телескоп Южного полюса предназначены для картирования космического микроволнового фона (CMB), первичного излучения, иногда описываемого как послесвечение Большого взрыва. Реликтовое излучение — один из столпов космологов в понимании Вселенной. Картируя едва различимые вариации реликтового излучения по небу, исследователи нашли убедительные доказательства «стандартной модели космологии». Эта модель описывает эволюцию Вселенной, содержащей три основных ингредиента: темную энергию; столь же загадочная темная материя, которая является первопричиной образования галактик; и обычное вещество, на которое приходится менее 5% полной массы и энергии Вселенной.
Современные карты реликтового излучения были предоставлены миссией Planck Европейского космического агентства, которая была активна в период с 2009 по 2013 год. Расчеты, основанные на данных Planck, предсказывают — при условии, что стандартная космологическая модель верна — точно, насколько быстро Вселенная должны расширяться сейчас. Но за последнее десятилетие или около того, все более точные измерения этого расширения, основанные на наблюдениях за взрывами сверхновых и другими методами, показали, что оно на 5–10% быстрее.
Теоретики предложили множество модификаций стандартной модели, которые могли бы объяснить эту разницу. Два года назад космолог Марк Камионковски из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, и его сотрудники предложили дополнительный ингредиент для стандартной модели 4 . Их «ранняя темная энергия», которая уточнила идею, над которой они и другие команды работали в течение нескольких лет, будет своего рода жидкостью, которая пронизывает Вселенную, прежде чем исчезнет в течение нескольких сотен тысяч лет после Большого взрыва. «Это не веский аргумент, но это единственная модель, которую мы можем заставить работать», — говорит Камионковски.
Ранняя темная энергия не была бы достаточно сильной, чтобы вызвать ускоренное расширение, как это происходит в настоящее время «обычная» темная энергия. Но это привело бы к тому, что плазма, возникшая в результате Большого взрыва, остыла бы быстрее, чем в противном случае. Это повлияет на то, как следует интерпретировать данные реликтового излучения, особенно когда речь идет об измерениях возраста Вселенной и скорости ее расширения, которые основаны на том, как далеко звуковые волны смогли пройти в плазме до того, как она остыла в газ. Планк и аналогичные обсерватории используют детали, оставшиеся в небе после этого перехода, для выполнения таких расчетов.
Два последних исследования показывают, что карта поляризации реликтового излучения, составленная АСТ, лучше соответствует модели, включающей раннюю темную энергию, чем стандартной. «Интерпретация реликтового излучения на основе ранней модели темной энергии и данных ACT будет означать, что Вселенной сейчас 12,4 миллиарда лет, что примерно на 11% моложе 13,8 миллиарда лет, рассчитанных с использованием стандартной модели», — говорит Хилл. Соответственно, текущее расширение будет примерно на 5% быстрее, чем предсказывает стандартная модель — ближе к расчетам сегодняшних астрономов.
Несоответствия остаются
Хилл говорит, что раньше он скептически относился к ранней темной энергии, и что результаты его команды удивили его. Вивиан Пулен, астрофизик из Университета Монпелье во Франции и соавтор второго исследования 2, основанного на данных ACT, говорит, что обнадеживает то, что анализ его команды согласуется с собственным анализом команды ACT. «Ведущие авторы — очень, очень упертые, консервативные люди, которые действительно разбираются в данных и измерениях», — говорит Камионковски.
Но Галли предупреждает, что данные ACT кажутся несовместимыми с расчетами группы Planck, частью которой она была. И хотя данные о поляризации ACT могут способствовать ранней темной энергии, неясно, демонстрирует ли другой его основной набор данных — карта температур реликтового излучения — такое предпочтение. По этим причинам, добавляет она, будет крайне важно перепроверить результаты с помощью телескопа Южного полюса — эксперимента, в котором она участвует.
Венди Фридман, астроном из Чикагского университета в Иллинойсе, которая внесла свой вклад в некоторые из наиболее точных измерений космического расширения, говорит, что результаты, основанные на ACT, интересны, хотя и являются предварительными. «Важно выбирать разные модели» и сравнивать их со стандартной, — говорит она.
Теги: телескоп
