Суперкомпютър постави под въпрос 100 години космология

От началото на 20-и век учените са събрали убедителни доказателства, че Вселената се разширява с ускорени темпове. За основно обяснение на това явление се смята тъмната енергия – загадъчен компонент на пространство-времето, който оказва отблъскващо въздействие върху галактиките.

В продължение на много десетилетия в космологията доминираше моделът ΛCDM, който предполага, че тъмната енергия е постоянна и непроменяща се във времето. Това опростяване се превърна в основа на съвременната наука за Вселената, но остави открит въпроса – ами ако тъмната енергия се променя с времето?

Неотдавнашни наблюдения за първи път подсказаха, че стандартната хипотеза може да е погрешна.

Инструментът DESI, предназначен за картографиране на далечни галактики, събра данни, които показват съществуването на динамична тъмна енергия (DDE – Dynamic Dark Energy). Този резултат е в сериозно противоречие с класическия модел и подсказва за по-сложна космическа еволюционна история.

За да разберем последиците от тази хипотеза, екип, ръководен от професор Томаки Ишияма от университета Чиба в Япония извърши някои от най-големите космологични изчисления на суперкомпютъра Fugaku. В изследването участваха и Франсиско Прада от Института по астрофизика на Андалусия и Анатолий Клипин от Университета на Ню Мексико. Резултатите бяха публикувани на 4 август в списание Physical Review D.

Учените са сравнили три компютърни модела: стандартния ΛCDM и две версии с динамична тъмна енергия. При единия от тях параметрите са фиксирани, а при другия са използвани стойности, получени през първата година на DESI.

Оказало се, че динамичната тъмна енергия сама по себе си има само умерен ефект, но ако се вземат предвид данните от DESI за по-високата плътност на материята във Вселената (с около 10 % по-висока от стандартните оценки), ефектът става забележимо по-силен. В този модел формирането на масивни галактични купове се е случило по-рано и по-активно, а броят им може да е с до 70% по-голям, отколкото в класическата картина.

Освен това учените изследвали т.нар. барионни акустични осцилации – следа от древни звукови вълни, която служи като своеобразна линийка за измерване на разстоянията в пространството. Симулациите показали изместване на тази следа с 3,7% към по-малки мащаби, което е в пълно съответствие с наблюденията на DESI. Това потвърждава точността на новия модел.

Учените анализирали и разпределението на галактиките. Във варианта с динамична тъмна енергия и повишена плътност на материята галактиките образували по-плътни и компактни клъстери, което отново съвпадало с наблюденията.

Според Ишияма основната роля при формирането на космическите структури принадлежи именно на плътността на материята, докато самата динамична тъмна енергия има по-малко влияние. Комбинацията от тези фактори обаче обяснява по-добре наблюдаваната закономерност. В бъдеще новите изследвания, включително проектът Subaru PFS и по-нататъшните етапи на DESI, ще помогнат за още по-точното измерване на ключовите параметри на Вселената.

Авторите отбелязват, че тази работа поставя основите за интерпретиране на новите данни и ни приближава към разбирането на това как всъщност се развива нашата Вселена.