Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?
Подобно тесту с изюмом, поднимающимся в разгоряченной печи, в наблюдаемом пространстве (то есть Вселенной) галактики и даже целые скопления разлетаются друг от друга. Заметил это еще в 1920 году астроном по имени Эдвин Хаббл; его открытие в конечном итоге привело ученых к современной картине расширения Вселенной. Считается, что за этот процесс ответственна таинственная темная энергия – гипотетическая форма энергии, которая равномерно заполняет пространство и составляет 70 процентов Вселенной. Однако сомнения в ее существовании были всегда, даже у самого Эйнштейна. Недавно ученые из Копенгагенского университета удалили из уравнения темную энергию и с помощью компьютерного моделирования посмотрели, может ли Вселенная расширяться без нее. Полученные результаты показали, что расширение Вселенной связано с темной материей, имеющей определенную магнетическую силу. Новое открытие может изменить наше понимание Вселенной.
Вот уже два десятилетия физики знают, что наша Вселенная расширяется с ускорением.
Из чего состоит Вселенная?
Все, кто интересуется устройством Вселенной знают, что она всего на 5% состоит из привычной нам материи. Еще примерно четверть составляет темная материя – загадочная субстанция, о которой не так много известно, так как она недоступна прямому наблюдению. Оставшиеся две трети приходятся на еще более таинственную темную энергию, которая заставляет нашу Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью.
Отметим, что по состоянию на 2020 год существование темной энергии подтверждают измерения реликтового излучения – теплового излучения, возникшего в ранней Вселенной и равномерно заполняющего пространство.
Так, команда астрофизиков из Физико-математического института им. Кавли (IPMU) установила, что в реликтовом излучении наблюдаются признаки нарушения так называемой пространственной четности – одного из фундаментальных свойств мироздания, которое не предсказывает Стандартная модель. По мнению авторов исследования, темная материя и темная энергия нарушают принцип четности, что может указывать на существование «новой физики».
В ходе нового исследования физики решили удалить из уравнения темную энергию.
Еще одним «звоночком» в пользу пересмотра современных представлений о Вселенной стала работа южноафриканских ученых 2019 года. В ней исследователи и вовсе предположили, что темной энергии не существует, так как сама гипотеза о разлетающихся на бешеной скорости галактиках основана на «ложных догадках и некорректных расчетах». Как отмечают авторы научной работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, чтобы доказать это, понадобится гораздо больше данных наблюдения за реликтовым излучением.
Любите космос и все что с ним связано? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – там вы найдете еще больше интересных статей о последних научных открытиях в этой области!
Темная энергия больше не нужна
Учитывая, что разговоры о «новой физике» не утихают, датские ученые бросились во все тяжкие и вообще убрали из уравнений темную энергию. В ходе работы они проверили модель, согласно которой расширение Вселенной на самом деле происходит из-за формы темной материи, в которой доминирует особый тип магнитной силы.
Как отмечают авторы исследования, они добавили к темной материи еще несколько свойств, с помощью которых она может оказывать непосредственное воздействие на расширение космоса (вместо темной энергии). Поскольку последняя не может быть измерена, а большинство ее характеристик неизвестны, новая теория не кажется надуманной. Для Стина Хансена, одного из авторов исследования, «реальность такова, что мы не слишком много знаем о темной материи, только то, что она состоит из медленных и тяжелых частиц».
Несмотря на все достижения человечества, мы по-прежнему мало знаем о Вселенной.
«Возможно, темная материя обладает неким качеством, аналогичным магнетизму. Таким образом, нечто подобное тому, что происходит с обычными частицами, может происходить во Вселенной, когда они движутся и создают магнетизм, или когда магниты притягивают или отталкивают другие магниты. Это постоянное расширение темной материи, вероятно, вызвано какой-то магнитной силой», – слова ученого приводит издание Phys.org.
Магнитная сила – ключ к тайне расширения Вселенной
В ходе работы ученые разработали компьютерную имитационную модель, которая включала такие переменные, как гравитация, скорость расширения Вселенной и X – неизвестная сила, которая расширяет космос и является основой темной энергии.
Предполагая, что частицы темной материи обладают особым типом магнитной силы, модель, разработанная учеными, определила, что эта сила будет иметь точно такое же влияние на скорость расширения Вселенной, как и темная энергия в настоящее время.
Не исключено, что уже совсем скоро ученые смогут ответить на вопрос о том, существует ли темная энергия.
Учитывая, что исследование может изменить современное понимание Вселенной, астрофизики были осторожны в своих выводах и указали, что «необходимы дополнительные доказательства, основанные на более глубоких исследованиях, чтобы окончательно подтвердить полученные выводы. Если дальнейшие исследования подтвердят полученные датчанами данные, то с темной энергией придется попрощаться, потому что в ее существовании не будет никакого смысла.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
За последние десять лет человечество существенно ускорило темпы поиска планет, находящихся за пределами Солнечной системы. Нет, с одной стороны, это, безусло…
Конкуренция в области коммерческого освоения космоса стала чуть более накаленной. В рамках долгожданной пресс-конференции руководители NASA объявили, что час…
Если бы можно было охарактеризовать миссию «Новых горизонтов» NASA, то это было бы «упражнение в терпении». Проведя почти десять лет в фазе концепта, космиче…
Источник
Что стало бы со Вселенной, не будь в ней темной энергии?
То, что Вселенная расширяется, уже давно ни для кого не является секретом. Исходя из признанной большинством модели Большого взрыва, такое поведение вполне закономерно и естественно, но вместо того, чтобы с течением времени замедляться, это расширение только набирает обороты.
Почему процесс расширения Вселенной ускоряется, неизвестно до сих пор, на этот счет выдвигаются самые разные гипотезы, из которых наиболее популярной остается гипотеза существования во Вселенной некой силы, которую пока не удается описать и измерить.
По мнению ряда астрофизиков, этой самой силой является темная энергия — загадочная форма энергии, заставляющая расширяться границы Вселенной с огромной скоростью. Открытие темной энергии относят к концу 90-х годов прошлого века, когда две независимых группы ученых, изучающих далекие сверхновые, сообщили об одном странном явлении. Несмотря на то, что яркость и красное смещение этих звезд были хорошо известны, на деле они оказались более тусклыми, чем это должно было соответствовать традиционной модели расширяющейся Вселенной.
Из этого был сделан вывод о существовании некой силы, ускоряющей расширения пространства. Как и в случае с гипотетической темной материей, эта энергия была названа темной. Последующие расчеты показали, что темная энергия составляет до 70-и процентов от всей энергии во Вселенной и ее количество продолжает увеличиваться, заставляя космическое пространство расширяться всё быстрее и быстрее.
Но темной энергии вообще могло бы и не быть. Только вот какой бы была тогда наша Вселенная? Да и была ли бы она вообще?
Скорее всего да, но при этом она всё же немного бы отличалась от той Вселенной, которую мы знаем.
Без темной энергии или иного «катализатора», при условии наличия того же количества материи, процесс расширения Вселенной протекал бы, во-первых, медленнее, во-вторых, вместо того чтобы ускоряться, он бы замедлялся. В результате мы бы имели немногим более компактную Вселенную, а наблюдаемые галактики были бы не только к нам более близки, но и более массивны, да и такое понятие как «сверхскопление» не было бы простой условностью.
Не будь во Вселенной темной энергии, победа осталась бы за гравитацией, и все составляющие сверхскопление Ланиакея галактики объединились бы в единую взаимосвязанную структуру.
Источник
Новая теория расширения вселенной обходится без темной энергии
Таинственная темная энергия, составляющая, по мнению некоторых ученых, до 68% вселенной, может не существовать вовсе. К такому выводу пришла американо-венгерская команда ученых, предложив свою гипотезу, учитывающую структуру Вселенной.
Наша Вселенная появилась в результате Большого взрыва 13,8 миллиардов лет назад и с тех пор постоянно расширялась. Главным свидетельством этого расширения является закон Хаббла, основанный на наблюдении галактик, который утверждает, что чем дальше от нас астрономический объект, тем больше его относительная скорость. Это привело астрономов к заключению, что жизнь зародилась в исчезающе малой точке.
Во второй половине ХХ века ученые обнаружили свидетельства невидимой темной материи, поскольку чего-то не хватало для объяснения движения звезд внутри галактик. Темная материя, по их мнению, составляла до 27% общей массы-энергии Вселенной (для сравнения: масса-энергия обычной материи — всего 5%).
Наблюдения за взрывами белых карликов в двойных системах, так называемых сверхновых типа Ia, в 1990-е гг. привели ученых к заключению, что есть и третий компонент, темная энергия, и она составляет 68% космоса и отвечает за ускорение расширения Вселенной.
В работе команды ученых под руководством Габора Ракца из Будапештского университета существование темной энергии ставится под сомнение и предлагается альтернативное объяснение. Традиционные модели космологии, по их мнению, основываются на допущениях, которые игнорируют структуру Вселенной, подразумевая, что материя имеет одинаковую плотность.
Обычная и темная материи заполняют вселенную пенообразной структурой, где галактики расположены на тонких стенках пузырей и образуют сверхскопления. Внутренности пузырей, напротив, почти пустые, в них отсутствует какая бы то ни было материя.
Источник
Астрономы смоделировали, как будет выглядеть Вселенная без темной материи
С 1960-х годов астрономы и космологи пришли к общему мнению, что большая часть Вселенной состоит из невидимой, таинственной массы (известной как темная материя). Хотя ученые до сих пор не определили потенциальную частицу, которая составляет эту массу, косвенные тесты и моделирование показали, что темная материя должна существовать, чтобы Вселенная была такой, какая она есть.
В увлекательном повороте, команда европейских исследователей провела моделирование, которое смотрело на Вселенную без темной материи. Используя альтернативную теорию, известную как модифицированная ньютоновская динамика (MOND), команда создала компьютерную модель, в которой галактики были фактически очень похожи на то, что мы видим во Вселенной сегодня. Эти открытия могли бы помочь разрешить одну из самых непреходящих загадок современной космологии.
Эта теория о том, что гравитация ведет себя иначе, чем считалось ранее (в зависимости от масштаба), была впервые предложена израильским физиком проф. Мордехаем Милгромом — отсюда и альтернативное название “милгромианская гравитация». Согласно этой теории, притяжение между двумя массами подчиняется законам движения Ньютона (ака. Универсальная гравитация) только до определенного момента.
При меньших ускорениях, как и в случае с галактиками, влияние гравитации становится значительно сильнее. Короче говоря, притяжение тела зависит не только от его собственной массы, но и от того, находятся ли рядом с ним другие объекты. Эта теория является возможным объяснением того, почему галактики не распадаются в результате их скорости вращения.
MOND также привлекателен, потому что он делает существование темной материи (которая остается неподтвержденной) полностью излишним. Тем не менее, MOND остается в значительной степени недоказанной и непроверенной теорией, к которой стремились обратиться Виттенберг и его коллеги. С помощью Famaey команда использовала вычислительное программное обеспечение, которое проводит гравитационные вычисления (которые они разработали) для моделирования космоса, где существует MOND.
Это состояло в моделировании рождения первых звезд и галактик – которые, как полагают, образовались между 100 000 и 300 000 годами после Большого Взрыва-и того, как они эволюционировали с тех пор. Интересно, что они обнаружили, что распределение и скорость звезд в созданных компьютером галактиках следовали той же схеме, что и те, которые видны во Вселенной сегодня.
Как объяснил Виттенбург, который был ведущим автором исследования, :
“Во многих аспектах наши результаты удивительно близки к тому, что мы действительно наблюдаем с помощью телескопов. Кроме того, наша симуляция привела в основном к образованию вращающихся дисковых галактик, таких как Млечный Путь и почти все другие большие галактики, которые мы знаем. С другой стороны, моделирование темной материи в основном создает галактики без четких материальных дисков – несоответствие наблюдениям, которое трудно объяснить.”
Кроме того, моделирование MOND было практически невосприимчиво к изменениям параметров, таким как частота сверхновых и их влияние на распределение вещества в галактиках. Однако в случае моделирования, где предполагается существование темной материи, изменения этих параметров оказывают значительное влияние. Это не означает, что моделирование MOND было правильным по всем пунктам.
Например, моделирование опиралось на некоторые довольно простые предположения о распределении материи и условиях, присутствующих в ранней Вселенной. «Наша симуляция — это только первый шаг», — подчеркнул профессор. “Сейчас мы должны повторить расчеты и включить более сложные влияющие факторы. Тогда мы увидим, действительно ли теория MOND объясняет реальность.”
Хотя существование темной материи остается недоказанным, это единственная космологическая теория, которая согласуется с Общей Теорией Относительности – бесконечно доказанной теорией и единственной рабочей гипотезой о том, как гравитация ведет себя на космологических масштабах.
И хотя MOND дает некоторое разрешение теоретическим проблемам, связанным с темной материей, он представляет свои собственные проблемы. В ближайшем будущем в космос отправится целый ряд обсерваторий следующего поколения, которые могут помочь разрешить эту загадку, включая космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и миссию Евклида ЕКА.
Эти и другие миссии позволят лучше понять геометрию Вселенной и улучшить измерения космического расширения. Исходя из этого , ученые надеются получить лучшее понимание того, как темная материя могла повлиять на космическую эволюцию – не говоря уже о темной энергии, еще одной космологической тайне, которая также является предметом дискуссии!
Источник