Вселенная может закончиться через 20 миллиардов лет: новые данные о темной энергии предсказали дату «Большого хлопка»

Есть общее представление о Вселенной — она появилась 13,8 миллиарда лет назад из-за Большого взрыва и с тех пор расширяется. Как правило считается, что это расширение будет идти вечно. Галактики будут улетать все дальше, звезды в конце концов потухнут, и останется только холодное и пустое пространство.

В принципе, понятная картина. Но что, если она неверная?

Новые наблюдения от проектов Dark Energy Survey (DES) и Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) усиливают сомнения. Данные показывают странность в поведении тёмной энергии — силы, которая ускоряет расширение. Эта странность допускает другое будущее, где у Вселенной есть конечный срок существования.

Группа физиков создала модель, которая дает прогноз: полный жизненный цикл нашей Вселенной — около 33 миллиардов лет. Это значит, что до конца осталось меньше 20 миллиардов лет.

Что не так с тёмной энергией?

В стандартной модели космологии тёмная энергия — это космологическая постоянная (Λ). Это энергия самого пустого пространства, она не меняется. Она создает отталкивание, которое заставляет Вселенную расширяться.

Свойства любой энергии в космологии описывают параметром w. Для обычной космологической постоянной w должен быть точно равен -1. Долгое время все замеры это подтверждали.

Но новые данные от DES и DESI показывают, что w может отличаться от -1. Это небольшое отклонение, но оно заметно. Это знак того, что тёмная энергия — не постоянная величина, и что она меняется со временем.

Новый вариант: аксион и отрицательная константа

Здесь появляется модель под названием «аксионная тёмная энергия» (aDE). Она говорит, что тёмная энергия имеет две части:

1. Поле ультралегких аксионов. Аксион — это гипотетическая частица. Модель предполагает, что все пространство заполнено полем этих частиц. У этого поля есть энергия. Раньше, когда энергия поля была высокой, оно работало как отталкивающая сила и вызывало расширение.
2. Отрицательная космологическая постоянная (Λ < 0). Это главная часть модели. Положительная Λ заставляет пространство расширяться. Отрицательная Λ, наоборот, создает фоновое притяжение, которое пытается сжать Вселенную.

Как эти две части действуют вместе? Сначала главным было аксионное поле. Его энергия была большой, и оно легко «побеждало» сжимающую силу отрицательной Λ. Вселенная расширялась, что мы и видим. Но аксионное поле теряет энергию. Со временем его вклад в расширение становится слабее.

Когда энергия аксиона закончится, останется только отрицательная космологическая постоянная. Ее сжимающая сила никуда не исчезнет. И она начнет преобладать.

От расширения к сжатию: как это будет выглядеть?

Модель aDE показывает четкий путь развития Вселенной. Он делится на три этапа.

• Этап 1: Расширение (идет уже 13,8 млрд лет). Мы на этом этапе. Расширение еще идет, но сдерживается отрицательной Λ.
• Этап 2: Остановка. Примерно через 11 миллиардов лет отталкивающая сила аксионного поля и сжимающая сила отрицательной Λ станут равными. Расширение Вселенной остановится. Будет короткий момент, когда галактики застынут на месте.
• Этап 3: Сжатие (Большой хлопок). После остановки главной станет сжимающая сила отрицательной Λ. Вселенная начнет сжиматься. Сначала неспешно, потом все быстрее. Галактики полетят друг к другу. Температура и плотность вырастут, пока все не сожмется в одну точку. Этот финал называют Большим хлопком (Big Crunch).

По расчетам, которые лучше всего подходят к данным DES и DESI, весь цикл от Большого взрыва до Большого хлопка потребует 33,3 миллиарда лет. Этап сжатия будет намного короче этапа расширения.

Насколько этому можно верить?

Значит ли это, что конец Вселенной точно определен? Нет.

Модель aDE — это теория. Но она ценна тем, что лучше стандартной модели объясняет последние наблюдательные данные. Вероятность Большого хлопка по этому анализу выше, чем вероятность вечного расширения.

Это пример того, как работает наука. Появляется новая информация. Старая теория уже не подходит. Возникает новая гипотеза, которая объясняет данные и дает прогнозы.

Главный итог этой работы — не точное знание даты конца. Просто идея о конечной жизни Вселенной из философских размышлений стала физической моделью, которую можно проверить цифрами.

Задача астрономов теперь — проверить эти выводы. Новые инструменты дадут еще более точные замеры тёмной энергии. Они либо подтвердят отклонение и подтвердят что модель с Большим хлопком более вероятная, либо опровергнут ее.