Учёные изучили три тысячи сверхновых и обнаружили, что тёмная энергия может меняться со временем

Каталог почти трёх тысяч белых карликов, взорвавшихся как сверхновые типа Ia после того, как они перекормились веществом звёзд-компаньонов, указывает на то, что тёмная энергия — загадочная сила, ускоряющая расширение Вселенной, — меняется со временем. Это открытие в сочетании с данными проекта по изучению тёмной энергии подтверждает результаты, опубликованные в 2024 году, которые намекали на то, что влияние тёмной энергии ослабевает.

Это означает, что работа команды не просто представляет собой самый полный каталог сверхновых типа Ia. Она даёт самую ясную на сегодняшний день картину эволюции Вселенной и влияния тёмной энергии.

«Мы перестроили три десятилетия астрономических наблюдений в единую, согласованную систему, — сказал в заявлении участник команды Райан Камиллери из Университета Квинсленда. — Мы объединили наши данные с другими космическими измерениями, включая реликтовое излучение Большого взрыва и карты распределения галактик в пространстве. Вместо подтверждения стандартной модели космологии, которая предполагает, что тёмная энергия фиксирована и неизменна, у нас появляется всё больше свидетельств того, что она может меняться со временем».

Как взрывающиеся белые карлики рассказывают нам о тёмной энергии

Белые карлики — это тлеющие звёздные остатки, которые остаются после того, как звёзды примерно с массой Солнца исчерпывают топливо для термоядерного синтеза в своих ядрах. Это прекращает внешнее давление, которое поддерживает звезду против её собственной гравитации, и ядро коллапсирует, а внешние слои сбрасываются. Ядро становится белым карликом, и для одиночных звёзд это конец. Но примерно половина звёзд солнечной массы имеет компаньона в двойной системе, что может привести к возобновлению активности и изменению судьбы звезды.

Если белый карлик и его компаньон находятся достаточно близко, мёртвая звезда начинает сдирать внешние слои своего соседа. По мере накопления этого материала на белом карлике масса звёздного остатка превышает так называемый предел Чандрасекара, позволяя ему взорваться как сверхновая. Эти космические взрывы называются сверхновыми типа Ia, и их светимость настолько однородна, что эти события называют «стандартными свечами». Они жизненно важны, потому что измерение того, насколько их свет сместился в красную сторону за время путешествия, позволяет использовать сверхновые типа Ia для измерения космических расстояний.

«За годы мы узнали гораздо больше о том, как ведут себя сверхновые, так что смогли вернуться и применить это улучшенное понимание к старым данным, — сказал Камиллери. — Была проделана обширная работа по связыванию наблюдений с разных телескопов с разными возможностями и учёту таких факторов, как космическая пыль и масса галактик, которые могут влиять на свет от сверхновой. Мы также учли более тонкие эффекты, такие как гравитационное линзирование — искривление и усиление света вокруг крупных объектов на пути от сверхновой к Земле».

Два независимых измерения указывают на одно

В сочетании с результатами 2024 года от спектроскопического инструмента по изучению тёмной энергии это исследование может изменить наше представление о том, чем на самом деле является тёмная энергия.

«Наши данные о сверхновых в 2024 году впервые показали намёки на то, что тёмная энергия может меняться со временем, и эта новая компиляция также видит отклонение от стандартной модели, хотя и в несколько ином направлении, — сказал Дэвис. — Аналогично, результаты инструмента по изучению тёмной энергии нашли намёки на вариации тёмной энергии в своих обзорах реликтовых звуковых волн из ранней Вселенной. Так что два совершенно независимых измерения обнаружили намёки на временные вариации тёмной энергии, бросая вызов стандартной модели, согласно которой она не меняется».

Дэвис добавил, что помимо раскрытия того, чем на самом деле является тёмная энергия, это исследование может также содержать ключ к объяснению того, как гравитация и квантовая физика сочетаются друг с другом. Квантовая физика — лучшая теория того, как Вселенная работает на субатомных масштабах — и общая теория относительности Эйнштейна — наше лучшее описание гравитации — были весьма успешны каждая сама по себе, но учёные до сих пор не смогли их объединить. Иными словами, не существует теории квантовой гравитации.

«Мы знаем, что эти две теории чрезвычайно успешны каждая в своей области, так что если мы сможем понять, как соединить их вместе, это будет огромным шагом в теоретической физике», — продолжил Дэвис.

Это усилие получит импульс, когда данные будут добавлены к уже всеобъемлющему каталогу сверхновых типа Ia. Это будет включать наблюдения программы по изучению тёмной энергии, которая обнаруживает сотни дополнительных местных сверхновых по сравнению с уже проведённым обзором. Результаты команды доступны на сайте препринтов.