Темная энергия реальна, говорят астрономы

Темная энергия, загадочная субстанция, ускоряющая, по мнению ученых, расширение Вселенной, действительно существует. Так считает команда астрономов из Портсмутского (Англия) и Мюнхенского университетов.

После двухлетнего исследования, возглавляемого Томмасо Джаннантонио (Tommaso Giannantonio) и Робертом Криттенденом (Robert Crittenden), ученые сделали вывод, что вероятность существования темной энергии составляет 99,996%.

Проф. Боб Никол (Bob Nichol), член портсмутской команды, сказал: «Темная энергия является одной из великих тайн Природы сегодня, поэтому неудивительно, что так много исследователей задается вопросом о ее существовании. Однако наша новая работа придает нам уверенность в том, что этот экзотический компонент Вселенной реален, даже если у нас нет идеи, из чего он состоит».

Примерно 10 лет назад астрономы, наблюдающие яркость удаленной сверхновой, поняли, что расширение Вселенной происходит с ускорением. Ускорение является следствием силы отталкивания, которую связывают с темной энергией, составляющей, по предположениям, 73% Вселенной. Исследователи, сделавшие это открытие, получили Нобелевскую премию за 2011 г., но существование темной энергии оставалось на вершине дебатов.

Множество других методов было использовано, чтобы подтвердить реальность темной энергии, однако они основывались на непрямых исследованиях ускорения расширения, либо их результаты были в пределах ошибок измерений. Ясные данные о темной энергии пришли с обнаружением интегрированного эффекта Сакса—Вольфа (Integrated Sachs Wolfe effect, Rainer Sachs и Arthur Wolfe).

Если бы во Вселенной преобладала холодная (то есть нерелятивистская) материя, то обусловленные ее неоднородностями возмущения гравитационного потенциала на больших масштабах не изменялись бы существенно за время прохождения фотонов. Если же во Вселенной доминирует релятивистское вещество (например, фотоны) или тёмная энергия, то пространственное распределение потенциала быстро изменяется и слегка изменяет энергию проходящих сквозь него фотонов реликтового излучения.

В 1996 г. Роберт Криттенден (Robert Crittenden) и Нил Тьюрок (Neil Turok) развили эту идею до следующего уровня, предположив, что астрономы могли бы поискать эти небольшие изменения энергии фотонов, сравнивая температуру излучения с картами галактик ближней Вселенной.

Интегральный эффект Сакса-Вольфа впервые был обнаружен в 2003 г., и сразу же стал рассматриваться как подтверждение существования темной энергии. Но сигнал оказался слишком слабым, чтобы подтвердить ожидаемый уровень корреляции между картами. Это позволило ряду ученых предполагать, что он был вызван другими источниками, такими как пыль в нашей Галактике. Начиная с опубликования первой статьи на тему интегрированного эффекта Сакса—Вольфа, некоторые астрономы подвергли сомнению первоначальные обнаружения эффекта и, таким образом, оставляли самые сильные на тот момент доказательства о существовании темной энергии под вопросом.

В новой статье, результате почти двухлетней работы, команда наново изучила все аргументы против обнаружения интегрированного эффекта Сакса—Вольфа, а также улучшила карты ближней Вселенной, использованные в оригинальной работе. После тщательного анализа, они сделали вывод, что с вероятностью 99,996% темная энергия ответственна за более горячие части карт фонового излучения.

«Эта работа также говорит о возможных модификациях общей теории относительности Эйнштейна, - отметил Томассо Джаннантонио. – Следующий выпуск галактических обзоров и фонового излучения должен будет предоставить решающее измерение, либо подтверждающее ОТО, включающую темную энергию, или, что даже более интригующе, требующее полностью нового понимания того, как работает гравитация.

Визуально отображение данных, использованных в исследовании. Соответствующие экстрагалактические карты представляются как оболочки увеличивающегося расстояния от Земли слева направо. Ближайший видимый объект – наша Галактика, которая является потенциальным источником шума при анализе. После этого, имеется шесть оболочек, содержащих карты миллионов удаленных галактик, включенных в исследование. Эти карты получают с использованием различных телескопов на разных длинах волн и кодируют цветом, чтобы показать более плотные скопления галактик (красный) и менее плотные области (синий). В картах имеются дыры, соответствующие недостаточному качеству данных. Наконец, наибольшая оболочка показывает температуру фонового излучения, полученную от спутника WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) (красный – горячее, синий – холоднее). Команда определила (со значимостью 99,996%) очень малую корреляцию между картами переднего плана (слева) и фоновым излучением (справа)