Тъмната енергия отслабва: Нови данни потвърждават промяна в разширението на Вселената

Учените забелязват тревожни признаци за промяна на фундаментална константа.

Миналата пролет група от близо хиляда космолози заяви, че тъмната енергия – мистериозният фактор, който ускорява разширяването на Вселената – може би отслабва. Това беше сензационно, но все още предварително заключение, основано на изследване на движението на милиони галактики. Сега, след като анализираха два пъти повече данни, учените стигнаха до още по-категорични резултати: тъмната енергия наистина губи своята сила.

„Много по-уверени сме, отколкото бяхме миналата година, че това е реално“, казва Сешадри Надатур, член на колаборацията Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), натоварена с новото изследване.

Тези открития, представени на Global Physics Summit в Анахайм, Калифорния, са подкрепени от независими резултати на друга група учени – Dark Energy Survey (DES), екип от 400 космолози. По-рано този месец те публикуваха данни, показващи промените в тъмната енергия.

Ако по-нататъшните наблюдения потвърдят тези открития, това радикално ще промени представата на космолозите за бъдещето на Вселената. Ако тъмната енергия остава непроменена, това би довело до безкрайно разширяване, разкъсвайки всичко на отделни частици. Но ако свойствата ѝ се променят, са възможни други сценарии, включително постепенно забавяне на разширяването или дори преминаване към свиване.

Отслабването на тъмната енергия може да показва нещо фундаментално ново в структурата на света. Според съвременните представи тя е свързана с вакуумната енергия на пространството, която би трябвало да остане непроменена. Ако нейните характеристики се променят, това може да означава съществуването на нови частици, а може дори да се наложи преразглеждане на общата теория на относителността. Може да стане така, че на учените да се наложи да разработят нова фундаментална физична теория.

Тъмната енергия е открита за първи път през 90-те години на миналия век чрез наблюдение на отдалечаващи се свръхнови. Те се оказаха по-далеч от очакваното, което свидетелстваше за ускоряване разширяването на Вселената. Това беше в съответствие с прогнозите на общата теория на относителността, а именно: съществува т.нар. космологична константа, която създава отблъскваща сила. Съвременните наблюдения обаче поставят под съмнение нейната неизменност.

Проектите DESI и DES изследват милиони галактики, което дава възможност да се провери с голяма точност дали тъмната енергия наистина е постоянна, или все пак се променя.

DESI е особено значим със своите възможности. Неговият телескоп на върха на Кит Пик в Аризона е оборудван с хиляди роботи с оптични сензори, които улавят светлината на далечни галактики. През първата си година той извърши наблюдение на шест милиона галактики, като измери скоростта на отдалечаването им от Земята. Вече са обработени данните за три години, обхващащи 15 милиона галактики. Анализът на тези данни показа, че през изминалите милиарди години плътността на тъмната енергия се е променяла.

Първоначално учените бяха предпазливи по отношение на резултатите, но с всяка стъпка от анализа признаците за промени в тъмната енергия оставаха. Когато екипът представи окончателните графики на срещата на DESI в Канкун през декември 2024 г., съмненията бяха заменени с въодушевление.

Сравнението на новите данни с други космологични наблюдения, като позицията на свръхновите и космическото микровълново фоново лъчение, дава още повече аргументи в полза на непостоянството на тъмната енергия. Вероятността стандартният ΛCDM космологичен модел да е верен е спаднала до 1 към 30 000 – толкова малко вероятно, колкото да хвърлиш монета 15 пъти подред и всеки път да се пада ези.

Резултатите от DESI също така съответстват на независимите открития на екипа на DES. Техният телескоп в Чили записа позициите на милиарди галактики, създавайки най-голямата карта на звездното небе. В съчетание с данните за микровълновото фоново излъчване, изчисленията на DES сочат и еволюцията на тъмната енергия.

Въпреки това тълкуването на тези данни остава предизвикателство. Едно от необичайните наблюдения е, че през изминалите 10 милиарда години тъмната енергия първо се е засилила, а след това е започнала да отслабва. Някои учени наричат това „фантомна тъмна енергия“, тъй като тази динамика изглежда неестествена. Може би обяснението се дължи на ограничеността на данните, но ако ефектът се потвърди, това би било истински пробив.

Промяната на тъмната енергия радикално разширява възможните сценарии за бъдещето на Вселената. Тя би могла да изчезне напълно, забавяйки или дори спирайки своето разширяване, или обратното – да се засили отново, ускорявайки разпръскването на галактиките.

Тези резултати предизвикаха различни реакции сред теоретиците. За някои от тях те изглеждат съвсем естествени: например в рамките на теорията на струните е невъзможно да се създаде модел, в който енергията на вакуума остава постоянна. Други учени, напротив, смятат, че откритите ефекти са статистически шум или грешка при измерването.

„Изглежда като патица, кряка като патица… Може би е просто патица, а не еднорог в костюм на патица?“ – иронизира физикът Рафаел Бусо от Калифорнийския университет в Бъркли, който остава скептик.

Но докато някои се съмняват, телескопът DESI продължава да наблюдава. До 2027 г. той трябва да завърши третата си и последна карта на Вселената, съдържаща данни за 50 милиона галактики. Учените от DESI скоро ще публикуват свой собствен анализ на структурата на Вселената, който може да даде окончателен отговор на крайния въпрос: наистина ли тъмната енергия се променя?

„Сега сме на прага на нови открития“, казва теоретикът Ким Бергхаус. – „Всички тези несъответствия с модела ΛCDM се натрупват. Така че историята явно все още не е приключила.“