Расширение Вселенной не ускоряется, а замедляется: почему Нобелевское открытие последних 20 лет может быть основано на ошибке

Более двадцати лет мы живем с концепцией о том, что расширение нашей Вселенной ускоряется. Это открытие, удостоенное Нобелевской премии в 2011 году, стало основой современной космологии. Отсюда взялась и гипотеза о тёмной энергии — загадочной силе, которая расталкивает галактики всё быстрее и быстрее.

В основном этот вывод построен на сверхновых типа Ia. Эти космические взрывы служат стандартными свечами: они имеют предсказуемую пиковую яркость, что позволяет астрономам измерять расстояния до далеких галактик и, таким образом, реконструировать историю расширения Вселенной.

А если в этом методе есть систематическая погрешность, которую мы упускали из виду?

Новое исследование группы южнокорейских астрофизиков под руководством Чонхёка Сона и Ён-Ука Ли представляет довольно убедительные доказательства именно такого сценария. Их работа ставит под сомнение сам факт ускоренного расширения. Если их выводы верны, понимание космоса может измениться кардинально.

В чем заключается «возрастная погрешность»?

Основа космологии сверхновых — предположение, что после калибровки все стандартные свечи, одинаковы. Однако авторы исследования показывают, что это не совсем так. Они обнаружили прямую и статистически значимую (на уровне 5.5σ) зависимость между яркостью сверхновой и возрастом её звёздной системы-прародителя.

Вот как это работает. Сверхновые типа Ia, вспыхивающие в молодых галактиках, после всех стандартных поправок оказываются систематически тусклее, чем те, что взрываются в старых. Разница невелика, но она накапливается с расстоянием.

Почему это критически важно?

Когда мы смотрим на далекие объекты, мы смотрим в прошлое. Галактики, находящиеся от нас за миллиарды световых лет, мы видим такими, какими они были миллиарды лет назад — то есть, в среднем, более молодыми. Следовательно, далекие сверхновые, которые мы наблюдаем, происходят из более молодых звёздных популяций.

Это создает систематическую ошибку. Мы видим, что далекие сверхновые тусклее, чем ожидалось, и интерпретируем это как доказательство того, что они находятся дальше, чем должны были бы быть при равномерном расширении. Отсюда и вывод об ускорении. Но исследование показывает, что часть этой лишней тусклости вызвана не расстоянием, а возрастом самих сверхновых. Мы смешивали два разных эффекта.

Как исправление меняет картину?

Авторы статьи ввели поправку на этот возрастной эффект в данные наблюдений за сверхновыми, и тут началось самое интересное.

После коррекции данные по сверхновым перестали поддерживать стандартную космологическую модель (ΛCDM), которая описывает Вселенную с постоянной тёмной энергией и ускоренным расширением. Вместо этого они пришли в идеальное согласие с результатами, полученными другими методами, в частности, с данными проекта DESI по барионным акустическим осцилляциям (БАО).

Что такое БАО? Если сверхновые — это стандартные свечи, то БАО — это стандартные линейки. Это реликтовые звуковые волны в ранней Вселенной, которые оставили характерный отпечаток в распределении галактик. Размер этих линеек нам известен, и, измеряя их видимый размер на разных расстояниях, мы можем независимо строить карту расширения космоса.

И вот ключевой момент: данные БАО в комбинации с данными реликтового излучения (CMB) уже сами по себе намекали на модель, где тёмная энергия не является константой, а её сила меняется со временем. Именно нескорректированные данные по сверхновым оттягивали общую картину обратно к ускоренному расширению.

Когда возрастная погрешность исправлена, это противоречие исчезает. Все три основных столпа наблюдательной космологии — сверхновые, БАО и CMB — начинают указывать на одну и ту же картину. И эта картина сильно отличается от привычной.

Вселенная без ускорения

Что же это за новая картина? Она описывает Вселенную, где тёмная энергия динамична, а не постоянна. Чтобы оценить состояние космоса, учёные используют параметр замедления (q₀).

• Если q₀ отрицательный — расширение ускоряется.
• Если q₀ положительный — расширение замедляется.

В стандартной модели ΛCDM, основанной на старых данных, q₀ уверенно отрицательный. Однако после введения поправки на возраст сверхновых этот параметр становится положительным.

Это означает, что наша Вселенная, возможно, уже сейчас находится в фазе замедляющегося расширения.

Чтобы проверить свои выводы, исследователи провели дополнительный эволюционно-независимый тест. Они отобрали только те сверхновые (и близкие, и далекие), которые взорвались в галактиках примерно одного возраста. В таком однородном наборе возрастной эффект должен отсутствовать по определению. И снова результат подтвердился: эти данные лучше согласуются с моделью замедляющейся Вселенной, а не с ΛCDM.

Так что же дальше?

Это исследование открывает новую дискуссию. Оно указывает на то, что один из наших самых надежных инструментов для измерения космоса, возможно, нуждался в дополнительной калибровке.

Представленные аргументы получились убедительными. Они не просто вводят новую гипотезу, а разрешают существующее напряжение между разными типами наблюдательных данных, приводя их к общему знаменателю. Если результаты подтвердятся независимыми группами, нам, возможно, придется пересмотреть одну из центральных идей космологии последних десятилетий.

Источник: arXiv