Тъмната енергия може да се променя, а 3000 избухващи звезди засилват мистерията

Тъмна енергия е названието на това, което кара Вселената да се разширява все по-бързо и по-бързо, а стандартният научен модел разглежда нейната сила кактo постоянна величина.

Астрономи от Университета в Куинсланд успяха да обединят данни за избухващи звезди от последните три десетилетия в един общ каталог — най-големият по рода си.

Спрямо хипотезата за неизменна тъмна енергия, новите данни от каталога съвпадат по-малко от очакваното.

Стандартният модел все още не е отхвърлен напълно, но най-подробният регистър на тези звездни експлозии вече не се съчетава лесно с идеята за постоянна тъмна енергия.

Райън Камилери, докторант в Училището по математика и физика към Университета в Куинсланд, ръководи научното изследване.

„Обединихме три десетилетия астрономически наблюдения в една обща и последователна система“, заявява Камилери.

Тези звездни експлозии са изключително полезни, защото чрез тях астрономите могат да измерват космически разстояния.

Когато една мъртва звезда, наречена бяло джудже, избухне, тя произвежда експлозия с яркост, която може да бъде предварително изчислена и стандартизирана.

Като измерят колко бледа изглежда дадена експлозия от Земята, учените могат да определят на какво разстояние се намира тя.

Преди това астрономите събираха тези данни проект по проект. Например, изследването Dark Energy Survey самостоятелно регистрира 1635 потенциални супернови.

По-старият и по-обширен каталог Pantheon+ използва измервания от 17 отделни източника, някои от които са на десетилетия.

И двата източника обаче имаха един и същ недостатък: те са съставени от различни екипи, с различни телескопи и с прилагането на различни корекции. Поради това една и съща супернова, измерена два пъти, не винаги даваше еднакви резултати.

Новият каталог, наречен от екипа Unite, обработва 2884 такива експлозии през единна система за анализ. Това го прави най-големия и най-съгласувания международен масив от данни, с който науката разполага.

Камилери обяснява, че екипът е преразгледал труда на свои колеги от изминалите десетилетия, използвайки най-съвременните познания.

„През години научихме много повече за това как се държат суперновите, което ни позволи да се върнем назад и да приложим това подобрено разбиране към по-старите данни.“

Космическият прах кара една супернова да изглежда по-бледа, отколкото е в действителност. Масата на галактиката, в която е избухнала звездата, оказва подобно влияние по причини, за които астрономите все още спорят.

Екипът е измерил отново масата на приемната галактика за над 98% от пробите, като е използвал еднаква скала. Освен това самата светлина не пътува до Земята по права линия.

Каталогът Unite е първият, който по подразбиране включва корекция за това изкривяване на светлината.

Тази корекция отчита плътността на галактиките по линията на гледане. При по-далечната половина от пробите тя намалява отклоненията в данните с около 5%.

Версията на Айнщайн за тъмната енергия я разглежда като космологична константа — фиксирано свойство на празното пространство. Космолозите записват нейната сила с числото w, като при истинска константа стойността на w е точно -1.

Използвайки само каталога Unite, екипът отчита стойност за w = -0,764. Това е отклонение с около две стандартни отклонения от -1 — разлика, която заслужава внимание, но все още не е окончателно доказателство.

Интересното е направлението на това отклонение. Измерванията на остатъчната светлина от Големия взрив (космическото микровълново фоново лъчение) също не съвпадат с -1, но се отклоняват в противоположна посока спрямо тази при суперновите. Едно фиксирано число просто не може да удовлетвори и двата набора от данни едновременно.

Ако се допусне, че тъмната енергия отслабва с времето, това напрежение между данните намалява. Комбиниран с картата на галактиките и светлината от ранната Вселена, новият каталог подкрепя идеята за тъмна енергия, която се променя с възрастта на космоса.

Камилери подчертава, че тази комбинация не подкрепя досегашния стандартен модел.

„Увеличават се доказателствата, че тъмната енергия може да варира във времето, вместо да бъде твърда и неизменна величина.“

Данните звучат категорично, но самите автори съветват към предпазливост.

Според един от методите за оценка, комбинираните данни подкрепят променливата тъмна енергия със статистическа значимост до 3,3 стандартни отклонения. Физиците определят това като изключително интересно откритие, но то все още е далеч от официално научно потвърждение.

Според друг метод, който санкционира променливия модел заради неговата допълнителна сложност, предимството му е съвсем слабо.

Около половината от маржа на грешката при всеки съвременен резултат за супернови идва от систематична несигурност, а не от изброяването на светлинните фотони. Систематичните грешки не са случайни, а точно това предполагат традиционните статистически тестове.

Авторите отбелязват, че оценяването на отклоненията от стандартния модел с тези тестове крие риск от прекомерно надценяване на резултатите.

Астрофизикът Тамара Дейвис сравнява новия резултат с данните от проучването през 2024 г., което за първи път повдигна този въпрос.

„Нашите данни за супернови от изследването DES през 2024 г. за първи път загатнаха, че тъмната енергия може да се променя с времето, а тази нова компилация също отчита отклонение от стандартния модел, макар и в малко по-различна посока“, заявява Дейвис.

Астрономите, работещи с инструмента DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), откриха подобни намеци и в следите от древните звукови вълни върху тяхната триизмерна карта на галактиките.

Суперновите и древните звукови вълни, комбинирани с други космологични данни, насочват все по-силно към еволюираща тъмна енергия.

Дейвис смята, че отговорът може да надхвърли границите на космологията: „Всички тези изследвания могат да ни дадат ключа към разбирането как гравитацията и квантовата физика се съчетават в едно цяло.“

Слабото място на новия каталог се намира сравнително близо до нас. Наблюденията на близко разположените супернови идват от много различни малки проучвания с несходни инструменти и калибрации.

В същото време те имат изключително голяма тежест при изчисленията, тъй като обхващат периода от космическата история, когато тъмната енергия започва да доминира.

Ако от изчисленията се премахнат всички супернови, намиращи се по-близо от определено разстояние, крайният резултат се променя значително. Това означава, че най-неравномерната част от каталога оказва прекалено голямо влияние.

Затова честният извод е, че постоянната константа съвпада по-лошо с наблюденията, но причината за това все още не е напълно изяснена. Тъмната енергия действително може да се променя.

Или пък близко разположените експлозии просто са били измерени с по-малка точност от далечните. В момента каталогът Unite не може да разграничи тези две възможности.

Новото проучване DEBASS вече е регистрирало над 400 супернови, намиращи се по-близо до Земята от тези в Dark Energy Survey.

Това изследване използва същия телескоп и филтри, както и далечната половина на каталога. Включването на тези нови данни ще позволи близкото и далечното пространство да бъдат измерени чрез един и същ инструмент, което ще доближи учените до окончателния отговор.